Дистанционный анализ молекулярного состава вещества на основе комбинационного рассеяния света

• Автор: Бортников, Константин Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 101 с. : ил.

•' Глава 1. Использование КР для дистанционного анализа
молекулярного состава вещества
1.1. Виды рассеяния излучения
1.2. Комбинационное рассеяние как основа метода лазерного зондирования
1.3. Комбинационное рассеяние в газах
1.4 Устройства для дистанционного анализа
Глава 2. Моделирование характеристик установки для дистанционного КР анализа
2.1. Общая оптическая модель установки
2.2. Влияние атмосферы на ослабление сигнала
2.3. Отношение сигнал/шум для приемной системы ф 2.4. Модельные расчеты
2.5. Выводы к главе
Глава 3. Оптимизация экспериментальной схемы для проведения дистанционного анализа
3.1. Выбор оптической схемы
3.2. Оптические и электронные компоненты установки
3.3. Модернизированный монохроматор МСД
3.3.1. Общие характеристики
3.3.2. Система команд
3.3.3. Управление шаговым двигателем
3.4. Фотоэлектронный умножитель
3.4.1. Общие характеристики

3.4.2. Работа с драйвером платы Выводы к главе

• Глава 4. Программное обеспечение для осуществления
дистанционного анализа
4.1.1. Управление процессом измерения
4.1.2. Описание программы управления
4.2.1. Алгоритмы обработки и анализа экспериментальных данных
4.2.2. Описание программы обработки и анализа
Выводы к главе 4
Глава 5. Сравнение спектров КР, полученных при помощи дистанционной спектроскопии со спектрами, полученными контактным способом
Выводы к главе 5
I Выводы к диссертации
Список работ автора диссертации
Список литературы
Актуальность работы
Чрезвычайные ситуации, судебные расследования, охрана окружающей среды и разведка на поле боя часто требуют быстрого, в режиме реального времени, обнаружения и идентификации крупных количеств веществ на земле или других поверхностях. Методы спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) хорошо подходят для этой задачи. Разрабатываемая лазерная малогабаритная установка дистанционного анализа решает проблему обнаружения и идентификации загрязнений на грунте и поверхности с помощью использования КР спектроскопии и принципов лидара.
При сравнении с другими неконтактными оптическими методами типа флюоресценции или инфракрасного поглощения, КР спектры имеют существенные преимущества для определения поверхностного загрязнения. Спектральные контуры флюоресценции для молекул в жидкой или твердой стадии обычно являются широкими (до нескольких нм или больше) в видимой и ультрафиолетовой области из-за колебательной релаксации. Следовательно, сигналы флюоресценции не очень селективны, и идентификация, основанная только на флюоресценции, может быть затруднительна. Для инфракрасного (ИК) поглощения сильный ИК поглотитель (такой как вода) на поверхности может маскировать существенные части спектра поглощения. Даже состав, структура и форма поверхности могут влиять на измерения, поскольку техника определения основывается на части света, отраженного от поверхности.
С другой стороны, обнаружение с помощью КР основывается на излучении, рассеянном непосредственно примесями. Генерация сигнала не зависит от состава или формы поверхности. Кроме того, нет сильного
После спектроанализатора свет попадает на фотоприемник. Его выбор определяется в первую очередь анализируемой спектральной областью. К основным характеристикам, определяющим выбор фотодетектора, относятся: спектральная чувствительность, квантовый выход, частотная характеристика, коэффициент усиления по току, а также величина темнового тока. В УФ и видимом диапазоне предпочтительным обычно оказывается ФЭУ.
В разрабатываемой установке применяется ФЭУ японской фирмы Hamamatsu [92]. В последнее время фирмой Hamamatsu и другими производителями фотоприемников начали выпускаться специальные измерительные головки, предназначенные для работы в режиме счета фотонов. Преимущество их использования связано с такими важными характеристиками, как компактность и малая масса, отсутствие дополнительной настройки. В одном корпусе такой головки помещается малошумящий ФЭУ с делителем напряжения для оптимальной работы динодной системы, высоковольтный блок питания, высокоскоростной усилитель-дискриминатор. Выбранная нами измерительная головка Н6240-01 имеет габариты 95x50x35 мм и обладает следующими основными характеристиками: спектральный диапазон работы - 185-850 нм; темновой ток - 80 отсчетов/с; линейность счета импульсов - до 2,5-106 отсчетов/с; временное разрешение - 30 не.
Далее полученный фотодетектором сигнал передается через специальную электронную схему (плата счета фотонов фирмы Hamamatsu - М7824), управляемую специальной микропроцессорной системой. Плата М7824 вставляется непосредственно в ISA-слот персонального компьютера, совместима с семейством Windows 9х и обладает необходимыми эксплутационными характеристиками: максимальная
скорость счета - 50 МГц; питание - 5 В, 1 А [93].