Автоматизированная система для детектирования атмосферных газов CO, CO2 и CH4 на основе параметрических генераторов света

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Многокомпонентный газоанализатор имеет широкий спектр применений, таких как наблюдение за окружающей средой, контроль химических реакций и промышленных процессов, обеспечение безопасности, разведка в нефтяной и газовой отраслях, а также применяется в биомедицине. Лазерная оптико-акустическая спектроскопия является наиболее универсальным методом анализа газовых примесей благодаря своей высокой селективности, чувствительности и быстрому отклику. В данной работе представлена автоматизированная система газового анализа, основанная на комбинированных параметрических генераторах света, с диапазоном перестройки длины волны от 2.5 до 10.8 мкм. Полуширина спектральной линии составляет около 5.5 ± 0.5 см–1 в диапазоне от 2.5 до 4.5 мкм и около 2 ± 0.5 см–1 в диапазоне от 4.5 до 10.8 мкм. С помощью программного обеспечения, установленного на управляющем компьютере, контроллер выполняет все необходимые операции, включая откачку, анализ и удаление газовых проб в измерительном комплексе. В работе представлены экспериментально записанные спектры поглощения газовых смесей CO, CO2 и CH4, полученные с использованием дифференциального оптико-акустического детектора.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Е. Ю. Ерушин

Новосибирский государственный технический университет; Новосибирский государственный университет; Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: render2012@yandex.ru
Russian Federation, 630073, Новосибирск, просп. Карла Маркса, 20; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 1; 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 15Б

Н. Ю. Костюкова

Новосибирский государственный технический университет; Новосибирский государственный университет; Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук

Email: n.duhovnikova@gmail.com
Russian Federation, 630073, Новосибирск, просп. Карла Маркса, 20; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 1; 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 15Б

А. А. Бойко

Новосибирский государственный технический университет; Новосибирский государственный университет

Email: baa.nsk@gmail.com
Russian Federation, 630073, Новосибирск, просп. Карла Маркса, 20; 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 1

И. Б. Мирошниченко

Новосибирский государственный технический университет; Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук

Email: baa.nsk@gmail.com
Russian Federation, 630073, Новосибирск, просп. Карла Маркса, 20; 630090, Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 15Б

References

  1. Kreuzern L.B., Kenyonand N.D., Patel C.K. // Science 1972. V. 177. P. 347. https://doi.org/10.1126/science.177.4046.347
  2. Tongyu Liu // Measument. 2018. № 8. P. 211. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.03.046
  3. Pereira J., Porto-Figueira P., Cavaco C., Taunk K., Rapole S., Dhakne R., Nagarajaram H., Câmara J.S. // Metabolites. 2015. V. 5. P. 3. https://doi.org/10.3390/metabo5010003
  4. Zhou D. K., Smith W. L., Xu Liu, Jun Li, Larar A. M., Mango S. A. // Appl. Opt. 2005. V. 44. P. 3032. https://doi.org/10.1364/AO.44.003032
  5. Logan J.A., Prather M.J., Wofsy S.C., McElroy M.B. // J. Geophys. Res. Atmos. 1981. V. 86. P. 7210. https://doi.org/10.1029/JC086iC08p07210
  6. Ren W., Farooq A., Davidson D.F., Hanson R.K. // Appl. Phys. B. 2012. V. 107. P. 849. https://doi.org/10.1007/s00340-012-5046-1
  7. Meyer P.L., Sigrist M.W. // Rev. Sci. Instrum. 1990. V. 61. P. 1779. https://doi.org/10.1063/1.1141097
  8. Zanzottera E. // Crit. Rev. Anal. Chem. 1990. V. 21. P. 279. https://doi.org/10.1080/10408349008051632
  9. Harren F., Mandon J., Cristescu S.M. Encyclopedia of Analytical Chemistry. John Wiley & Sons, Ltd, 2012. https://doi.org/10.1002/9780470027318.a0718.pub3
  10. Haisch C. // Meas. Sci. Technol. 2011. V. 23. P. 012001. http://iopscience.iop.org/0957-0233/23/1/012001
  11. Grant W.B. // Appl. Opt. 1986. V. 25 P. 709. https://doi.org/10.1364/AO.25.000709
  12. Reyes-Reyes A., Hou Z., van Mastrigt E., Horsten R.C., de Jongste J.C., Pijnenburg M.W., Urbach H.P., Bhattacharya N. // Opt. Express. 2014. V. 22. P. 18299. https://doi.org/10.1364/OE.22.018299
  13. Vedenyapin V., Boyko A., Kolker D., Isaenko L., Lobanov S., Kostyukova N., Yelisseyev A., Zondy J-J., Petrov V. // Laser Phys. Lett. 2016. V. 13. P. 115401. http://dx.doi.org/10.1088/1612-2011/13/11/115401
  14. Vodopyanov K.L., Maffetone J.P., Zwieback I., Ruderman W. // Appl. Phys. Lett. 1999. V. 75. P. 1204. https://doi.org/10.1063/1.124642
  15. Sherstov I.V., Vasiliev V.A., Karapuzikov A.I., Zenov K.G. // Infrared Phys. Technol. 2020. V. 105. P. 103170. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2019.103170
  16. Kolker D.B., Boyko A.A., Dukhovnikova N.Yu., Zenov K.G., Sherstov I.V., Starikova M.K., Miroshnichenko I.B., Miroshnichenko M.B., Kashtanov D.A., Kuznetsova I.B., Shtyrov M.Yu., Zachariadis S., Karapuzikov A.I., Karapuzikov A.A., Lokonov V.N. // Instrum. Exp. Techn. 2014. V. 57. P. 50. https://doi.org/10.1134/S0020441214010217
  17. Kolker D.B., Sherstov I.V., Kostyukova N.Yu., Boyko A.A., Zenov K.G., Pustovalova R.V. // Quantum Electronics. 2017. V. 47. P. 14. http://dx.doi.org/10.1070/QEL16238
  18. Kostyukova N.Yu., Kolker D.B., Zenov K.G., Boyko A.A., Starikova M.K., Sherstov I.V., Karapuzikov A.A. // Laser Phys. Lett. 2015. V. 12. P. 095401. http://dx.doi.org/10.1088/1612-2011/12/9/095401
  19. Bednyakova A., Erushin E., Miroshnichenko I., Kostyukova N., Boyko A., Redyuk A. // Infrared Phys. Technol. 2023. V. 133. P. 104821. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2023.104821
  20. Rothman L.S., Gordon I.E., Babikov Y. et al. // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 2013. V. 130. P. 4 https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2013.07.002
  21. Wallace W.E. // NIST Standard Reference Database Number 69, 2023. https://doi.org/10.18434/T4D303

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Experimental setup of the gas analysis system: FOI – Faraday optical isolator, λ/2 – half-wave plate, POL – polarizer, OAD – optical-acoustic detector, PPLN – periodically polarized lithium niobate crystal with fan structure, HGS – HgGa2S4 crystal, PC – personal computer.

Download (134KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Structural diagram of the PGS controller.

Download (125KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Experimentally measured absorption spectrum of a gas mixture based on nitrogen with an admixture of methane (N2 + 954 ppm CH4) (red curve) in comparison with the data from the HITRAN database (black curve).

Download (104KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Experimentally measured absorption spectrum of a gas mixture based on nitrogen with carbon dioxide (N2 + 1000 ppm CO2) (red curve) in comparison with the HITRAN database data (black curve) and the spectrum obtained using mass spectrometry (blue curve).

Download (184KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Experimentally measured absorption spectrum of a gas mixture based on nitrogen with an admixture of carbon monoxide (N2 + 152 ppm CO) (red curve) in comparison with the data from the HITRAN database (black curve).

Download (166KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences