Теория и практика применения лазернойспектроскопии (на примере анализа объектов окружающей среды)
Содержание
Введение
1.Лазерная спектроскопия
2.Виды лазеров и их применение
3. Современное оборудование
4. Применение лазерной спектроскопии в анализе объектов окружающейсреды
Литература
Введение
Применение лазернойспектроскопии к изучению характеристик сред представляет несомненный интерескак при проведении фундаментальных, так и прикладных исследований. Лазернаяспектроскопия это раздел оптической спектроскопии, методы которого основаны наприменении монохроматического излучения лазеров для стимулирования квантовыхпереходов между вполне определёнными уровнями. Эти методы позволяют получатьлокальную информацию о параметрах исследуемых объектов с высокимпространственным, временным и спектральным разрешением. Преимущество лазеровнад некогерентными источниками света заключается в возможности достижениябольшой спектральной плотности мощности, что значительно уменьшает проблемышумов, вызванных фоновым излучением или шумами приемников.
Лазерная спектроскопия посравнению с другими бесконтактными оптическими методами диагностики позволяетпроводить измерения на значительном расстоянии от исследуемого объекта иполучать информацию об его составе (например, лидарное зондирование атмосферы).Принципиально новые возможности лазерная спектроскопия приобрела с появлениемлазеров с плавно перестраиваемой частотой, которые являются комбинациейисточника света и спектрометра ультравысокого разрешения, что даёт возможностьизмерять профили спектральных линий. Одними из наиболее перспективныхаппаратурных комплексов представляются диагностические системы, состоящие излазеров на красителях с оптической накачкой эксимерными лазерами. Кроме того,эксимерные лазеры могут применяться как самостоятельные системы, например, длядиагностики в биологии и медицине. Это позволяет создавать многофункциональныедиагностические системы для фундаментальных и прикладных исследований.
По мере роста масштабовисследований на установках с магнитной термоизоляцией в рамках программ УТС иперехода к созданию прототипа термоядерного реактора, возрастает роль методовдиагностики, позволяющих проводить измерения параметров высокотемпературнойплазмы в условиях затрудненного доступа к плазме и при наличии целого ряда неблагоприятныхфакторов. Диагностическая аппаратура и методики, основанные на использованиилазерной спектроскопии, позволяют удовлетворять этим достаточно жесткимтребованиям, и их разработка является актуальной задачей.
Еще одно актуальное направлениедиссертационной работы состоит в возможности использования специализированныхлазерных систем для геофизических и космических лидаров и лидарных систем дляэкологического мониторинга окружающей среды. Важными приложениями такжепредставляют исследования предварительно облученных оптических материалов дляИТЭРа, применение лазерно-индуцированной фотолюминесценции для диагностикибиологических объектов в интересах медицины и микробиологии.
1. Лазерная спектроскопия
Раздел оптической спектроскопии,изучающий полученные с помощью лазера спектры испускания, поглощения,рассеяния. Лазерная спектроскопия позволяет исследовать вещества наатомно-молекулярном уровне с высокой чувствительностью, избирательностью,спектральным и временным разрешением. В зависимости от типа взаимодействиясвета с исследуемым веществом, методы лазерной спектроскопии подразделяют налинейные, основанные на одноквантовом линейном взаимодействии и нелинейные,основанные на нелинейном одноквантовом или многоквантовом взаимодействии. В спектральныхприборах используют лазеры с перестраиваемой частотой – от далекой ИК областидо вакуумного УФ, что обеспечивает возбуждение почти любых квантовых переходоватомов и молекул. Перестраиваемые лазеры с узкой полосой излучения, вчастности, инжекционные лазеры в ИК области и лазеры на красителях в видимойобласти (а в сочетании с нелинейным преобразованием частоты – в ближней УФ иближней ИК областях) дают возможность измерять истинную форму спектрапоглощения образца без какого-либо влияния спектрального инструмента.Использование перестраиваемых лазеров повышает чувствительность всех известныхметодов спектроскопии (абсорбционных, флуоресценции и т.д.) как для атомов, таки для молекул. На основе таких лазеров были разработаны принципиально новыевысокочувствительные методы: внутрирезонаторной лазерной спектроскопии, когерентного антистоксовакомбинационного рассеяния, резонанснойфотоионизационной лазерной спектроскопии. Последний метод основан нарезонансном возбуждении частицы импульсным лазерным излучением, частотакоторого точно настроена на частоту резонансного перехода, и последующейионизации возбужденной частицы путем поглощения одного или нескольких фотоновиз дополнительного лазерного импульса. При достаточной интенсивности лазерныхимпульсов эффективность резонансной фотоионизации близка к 100%, такова жеэффективность регистрации иона электронным умножителем. Это обеспечиваетвысокую чувствительность метода и возможность детектирования следов элементов вобразцах на уровне 10-10-10-12% в обычных экспериментах,а в специальных – на уровне одиночных частиц. Высокая интенсивность излученияпозволяет осуществлять нелинейное взаимодействие света с атомами и молекулами,за счет чего значительная часть частиц переведена в возбужденное состояние, а такжестановятся вероятными запрещенные одноквантовые и многоквантовые резонансныепереходы между уровнями атомов и молекул, ненаблюдаемые при слабойинтенсивности света. Короткая (управляемая) длительность излучения позволяетвозбуждать высоколежащие уровни энергии за времена короче времени релаксациилюбого квантового состояния. С использованием лазеров ультракоротких(пикосекундных и фемтосекундных) импульсов разработаны методы спектроскопии свременным разрешением до 10-14 с. Эти методы обеспечивают излучениепервичных фотофизических и фотохимических процессов с участием возбужденныхмолекул, исследование короткоживущих частиц (радикалов, комплексов и т.д.).Высокая монохроматичность лазерного излучения обеспечивает измерение спектров спочти любым необходимым спектральным разрешением и, кроме того, позволяетизбирательно возбуждать атомы и молекулы одного вида в смеси, оставляя молекулыдр. видов невозбужденными, что особенно важно для аналитических применений. Спомощью импульсов направленного лазерного излучения можно исследовать спектрыфлуоресценции и рассеяния в удаленной области, например в верхней атмосфере, иполучать информацию о ее составе. Этот принцип используется в методахдистанционной лазерной спектроскопии, разрабатываемых для контроля окружающейсреды. При фокусировке лазерного света на малую площадь с размерами (в пределе)порядка длины Световой волны можно получить большие интенсивности,обеспечивающие быстрый нагрев и испарение локальной области. Это свойстволазера легло в основу микроспектрального эмиссионного анализа атомов илокального масс-спектрального анализа молекул. С точки зрения путей релаксацииэнергии возбужденных частиц и, соотв., методов детектирования, различаютследующие методы лазерной спектроскопии: 1) абсорбционно-трансмиссионные,основанные на измерении спектра пропускания образца (нечувствительны к судьбевозбужденных частиц); 2) опто-калориметрический (опто-термич., опто-акустич. ит.д.), основанные на непосредственном измерении поглощенной в образце энергии;при этом необходима релаксация части энергии возбуждения в тепло (безызлучат.релаксация); 3) флуоресцентный, основанный на измерении интенсивностифлуоресценции как функции длины волны возбуждающего лазера (излучат,релаксация); 4) опто-гальванический, в котором возбуждение частиц регистрируютпо изменению проводимости, и фотоионизационные – по появлению заряженныхчастиц. Приборы, применяемые в лазерной спектроскопии, принципиально отличаютсяот обычных спектральных приборов. В приборах, использующих лазеры с перестраиваемойчастотой, отпадает необходимость в разложении излучения в спектр с помощьюдиспергирующих элементов (призм, дифракц. решеток), являющихся основной частьюобычных спектральных приборов. Иногда в лазерной с.пектроскопии применяютприборы, в которых излучение разлагается в спектр с помощью нелинейныхкристаллов. Лазерную спектроскопию применяют для исследования кинетики имеханизма реакции (в т. ч. фотохим.), точного измерения постоянных (напр.,моментов инерции), избирательного определения ультрамалых количеств вещества ит.д. Спектры многоступенчатого лазерного возбуждения обладают большейизбирательностью, чем обычные спектры поглощения, хорошо комбинируются схроматографией, масс-спектрометрией и т.д.
Активная лазерная спектроскопия – один из методов нелинейнойспектроскопии, исследующий поглощение или рассеяние пучка света в среде, вкоторой предварительно (с помощью дополнительного лазерного излученияопределенных частот) селективно возбуждены и (или) сфазированы изучаемые оптическиемоды. Такое активное лазерное «приготовление» среды (накачка) меняет картинувзаимодействия зондирующего (пробного) излучения со средой.
Активная лазерная спектроскопияоснована на эффекте нелинейного взаимодействия интенсивного лазерного излученияи оптической среды. Мощное излучение накачки нарушает термодинамическоеравновесие в среде, наводит корреляции между образующими ее частицами,возбуждает определенные внутренние движения в них и т.п., а более слабоезондирующее излучение выявляет наведенные возмущения и кинетику их затухания.
Методы активной лазернойспектроскопии отличаются типом исследуемого резонанса, характером оптическогоотклика среды, а также способом зондирования и измеряемым параметром (интенсивность,фаза, поляризация). Активная лазерная спектроскопия поглощения исследует оптический резонанссреды, проявляющийся в одно- или многофотонном поглощении света; активная лазерная спектроскопиярассеяния – резонанс,проявляющийся в рассеянии света (комбинационном, рэлеевском, Мандельштама-Бриллюэна,гиперкомбинационном, гиперрэлеевском и т.п.). Оптический отклик среды навоздействие волн накачки и зондирующего излучения может быть когерентным(связанным с наведенной нелинейной оптической поляризацией среды) илинекогерентным (связанным с оптически-индуцированным возмущением населенностейуровней энергии), соответственно различают когерентную и некогерентную активнуюлазерную спектроскопию.
Активная лазерная спектроскопияназывается стационарной или нестационарной в зависимости от того, исследуетсяустановившийся (стационарный) или неустановившийся (переходный, нестационарный)оптический отклик среды. В последнем случае для возбуждения и зондированиясреды используются короткие лазерные импульсы, длительность которых меньшехарактерных времен установления и релаксации исследуемых возбужденных состоянийсреды.
С помощью зондирующегоизлучения можно изучать модуляцию оптических характеристик среды (модуляционныйвариант активной лазерной спектроскопии), вызываемую излучением накачки; крометого, благодаря возмущению среды накачкой могут появляться новые спектральныеили пространственные компоненты зондирующего излучения, на их исследованииоснован генерационный вариант активной лазерной спектроскопии. Различныеспособы возбуждения и зондирования, применяемые в активной лазернойспектроскопии, приведены на рис. на примере двухуровневой системы.
Одним из методов активнойлазерной спектроскопии является когерентная спектроскопия комбинационногорассеяния света. С помощью активной лазерной спектроскопии удается решатьзадачи, недоступные другим методам спектроскопии поглощения или рассеяниясвета, значительно увеличить информативность оптической спектроскопии, повыситьотношение сигнал/шум на выходе традиционных спектрометров, улучшить их спектральное,пространственное и временное разрешение.2. Виды лазеров иих применение
По режиму работы лазеры можно разделитьна импульсные и непрерывного действия. По виду активной средылазеры делятся на газовые, жидкостные, полупроводниковые итвердотельные. По способу накачки: лазеры с оптической накачкой,газоразрядные лазеры, химические лазеры, ижекционные, лазеры и с электроннойнакачкой.
Для всех лазеров характерны следующиеособенности излучения:
1) большая временная и пространственнаякогерентность. Время когерентности τ составляет 10-3с, чтосоответствует длине когерентности
/>;
2) строгая монохроматичность: />;
3) большая плотность потока энергии;
4) очень малое угловое расхождение впучке (от 5 · 10-4 радиан до 4 · 10-2радиан).
Коэффициент полезного действия лазеровизменяется от 0,01% (для гелий-неонового лазера) до 75% (для лазера на стекле снеодимом).
Мощность непрерывного излучения лазеровизменяется от 10-3Вт (гелий-неоновый лазер) до 105Вт(газодинамический лазер на CO2). Мощность импульсного излученияизменяется от 10 Вт (полупроводниковые лазеры) до 1013Вт (лазеры настекле с неодимом).
Особенности лазерного излучения находятсамое разнообразное применение. Способность лазера концентрировать световуюэнергию в пространстве, времени и узком спектральном интервале может бытьиспользована двояко:
1) нерезонансное воздействиемощных световых потоков на вещество в непрерывном и импульсном режимах(лазерная обработка материалов), использование мощных лазеров для решенияпроблемы термоядерного синтеза;
2) резонансное воздействие наатомы, молекулы и молекулярные комплексы, вызывающие процессы фотодиссоциации,фотоионизации, фотохимические реакции.
Нерезонансное, тепловое воздействиелазерного излучения, используемое в лазерной технологии обработкиматериалов, упрощает операцию получения отверстий в твердых, хрупких,тугоплавких материалах. Например, лазерная технология эффективна приизготовлении алмазных фильер – рабочего инструмента машин для волоченияпроволоки: через отверстие в фильере протягивается обрабатываемый материал.Лазерная технология используется для резки материала, нанесения рисунка на егоповерхность, образование нужного микрорельефа на ней. Лазерная сварка позволяетсоединить металлы и сплавы, не свариваемые обычным способом.
В частности, в медицине (хирургии)лазерный луч в ряде случаев с успехом используется в качестве хирургического скальпеля.В офтальмологии лазерным лучом прикрепляют отслоившуюся сетчатку глаза.Отметим, что в медицине используют и резонансное воздействие лазерного луча наткани организма, в частности, маломощное излучение гелий-неонового лазера.Механизмы такого воздействия пока в деталях не изучены, предполагается, что егонеобычно высокая эффективность при очень малой мощности излучения (десяткимилливатт) объясняется цепными фотохимическими реакциями, возникающими подвоздействием лазерного излучения.
Применение лазеров в спектроскопиирезко повысило возможность традиционных методов, кроме того, позволило создатьметоды, основанные на принципиально новых физических принципах.Чувствительность спектроскопических методов доведена до предельного уровня,ограниченного регистрацией единичных атомов и молекул. Методы лазернойспектроскопии используются в лазерной химии, лазерном разделенииизотопов.
Лазеры широко применяют в измерительнойтехнике. Например, лазерные интерферометры на гелий-неоновых лазерахпозволяют с большой точностью производить юстировочные и нивелировочные работы.Широко используются лазерные светодальномеры и даже лазерные рулетки напортативных полупроводниковых лазерах.
Применения лазеров столь обширны, чтоздесь невозможно даже их простое перечисление, кроме того, область применениялазеров постоянно расширяется.
С появлением лазеров связано рождениетаких новых разделов физики как нелинейная оптика и голография.
Нелинейная оптика исследует распространение мощных световых пучков в твердых телах,жидкостях и газах и их взаимодействия с веществом. Напряженности электрическогополя в мощных лазерных пучках сравнимы или даже превышают внутриатомные поля.Это приводит к возникновению новых оптических эффектов и существенно меняетхарактер уже известных явлений. В частности, в 1969 г. была обнаружена самофокусировкасвета: мощный световой пучок, распространяясь в среде, не испытываетдифракционной расходимости, а, напротив, самопроизвольно сжимается.
Голография (от греческого holos – весь, полный, grapho – пишу) – способзаписи и восстановления волнового поля, основанный на регистрацииинтерференционной картины, которая образована волной, отраженной предметом,освещаемым источником света (предметная волна), и когерентной сней волной, идущей непосредственно от источника света (опорная волна).Зарегистрированная интерференционная картина называется голограммой.
Голограмма, освещенная опорной волной,создает такое же амплитудно-фазовое пространственное распределение волновогополя, которое создавала при записи предметная волна. Таким образом, голограмма,за счет дифракции опорной волны на записанной в ней интерференционной картине,преобразует опорную волну в копию предметной.
Основы голографии были заложены в 1948году английским физиком Д. Габором, венгром по происхождению.Экспериментальное воплощение и дальнейшая разработка этого способа сталивозможными лишь после появления источников света высокой степени когерентности –лазеров.
Схемы записи и воспроизведенияголографического изображения показаны на двух рисунках 1 а, б.
3. Современное оборудование
Лазерно-искровой экспресс-анализатор
Области применения
Пищевая промышленность, а также экологияи охрана окружающей среды, санитария и гигиена, геологоразведка, металлургия,обогатительное производство, контроль строительных материалов, органическихобъектов, эмиссионная спектроскопия.
Принцип действия прибора
Бесконтактный автоматизированныйлазерно-искровой экспресс-анализатор элементного состава объектов природнойсреды представляет собой уникальный комплекс, созданный для оперативногоопределения и исследования качественного и количественного элементного составатвердых и жидких образцов и проб с высокой чувствительностью. Специальноразработанное, оригинальное программное обеспечение, позволяет определять элементныйсостав образцов автоматически, в режиме реального времени. Благодарявоздействию сфокусированного лазерного излучения на исследуемую поверхность,возникает лазерная искра оптического пробоя. Образующаяся плазма содержит парывещества данного образца. Анализ свечения лазерной искры с помощьюполихроматора, многоэлементного фотодетектора и блока согласования с IBM PC,позволяет выделить спектральные линии паров элементов, содержащихся в образце.Идентификация спектральных линий осуществляется в автоматическом режиме спомощью специального программного обеспечения, содержащего банк данныхэмиссионных спектральных линий до 90 химических элементов таблицы Менделеева.
Состав ЛИЭС
Портативный полихроматор смногоэлементным фотодетектором блок согласования фотодетектора с ibm pcтвердотельный малогабаритный импульсный лазер
блок питания компьютер типа ibm pc
Технические характеристики
Диапазон анализируемых длин волн, нм 200– 800
Разрешение по спектру, нм 0,02 – 0,03
Предельная чувствительность на содержаниехимических элементов в образце, например, в почвенной матрице, %, мг/кг 10–4 –10–5, (0,1 – 1,0)
Количество определяемых элементов 90
Время количественного анализа, мин 1 – 3
Количество вещества, необходимое дляанализа, мг 5 – 10
Напряжение сети питания, В 220
Габаритные размеры, мм 800*450*600
Вес не более, кг 45
4. Применение лазерной спектроскопии ванализе объектов окружающей среды
Применение метода лазерной искровой спектроскопиив экологических исследованиях.
Проблема загрязненияморей приобретает все более глобальный характер. Прогрессирующее загрязнениеморской воды связано со стоками промышленных и бытовых отходов, результатамипроизводственной деятельности человека. Последствия загрязнения сказываются навсех сторонах жизнедеятельности океана. Хорошо известно токсичное воздействиехлорорганических соединений, нефтепродуктов, соединений ртути, свинца, кадмия имышьяка. Значительно меньше уделяется внимание основным биогенным элементам,которые также могут быть загрязнителями, так как поступают в морскую воду врезультате производственной деятельности в избыточных количествах. Посколькудля нормальной жизнедеятельности фитопланктона необходимо поддержание биогенныхэлементов на определенном уровне происходит накопление им последних [1,2].Увеличение содержания упомянутых компонент в морской воде может привести кизменению видового состава всей экосистемы, так как они включаются вбиотический круговорот и накапливаются в различных звеньях пищевой цепи морей.
В связи с этим необходимопроведение мониторинга качества морской воды и планктонного сообщества вязаногос изучением изменения их элементного состава, что требует поступлениеинформации в режиме реального времени, так как визуализация загрязнениенаступает при концентрациях значительно превышающих предельно допустимые нормы.Это возможно при наличии методов позволяющих определять элементный составэкспрессно и дистанционно. Таким является метод лазерной искровой спектроскопии(ЛИС, именуемый в англоязычной литературе как laser induced breakdown spectroscopyLIBS), представляющий собой разновидность атомного эмиссионного спектральногоанализа. Возбуждение эмиссионного спектра исследуемого вещества в этом случаеосуществляется за счет энергии короткого остросфокусированного лазерногоимпульса. Принципы калибровки традиционны для методик эмиссионногоспектрального анализа [3]. К преимуществам ЛИС следует отнести оперативность,отсутствие непосредственного контакта с анализируемым веществом ипредварительной подготовки проб для анализа, проведение анализа вне зависимостиот фазового состояния исследуемого вещества, отсутствие непосредственногоконтакта с анализируемым веществом, что дает возможность использовать ЛИС длядистанционного анализа и получения информации в режиме реального времени.
Лазерная искроваяспектроскопия твердых тел к настоящему времени считается хорошо разработанным иописанным в литературе методом [4]. Уже первые работы по применению ЛИС дляопределения элементного состава морской воды показали перспективность этогоданного метода [5–7]. Однако в этих и более поздних работах [8,9]использовались стационарные, лабораторные установки.
В данной работеприводятся результаты использования ЛИС для определения элементного составаморской воды, фитопланктона и донных отложений во время экспедиций, проводимыхна парусном учебном судне (ПУС) «Надежда» в 2000–2002 гг.
Поскольку стандартнойаппаратуры для ЛИС практически нет, то был создан мобильный судовойаналитический комплекс. Небольшие габариты и вес позволяют размещать его написьменном столе в помещениях ПУС. Вес комплекса с управляющей ЭВМ и системойохлаждения не превышает 50 кг. Принципиальная схема приведена на рисунке 1.
Для возбужденияплазменного факела на поверхности исследуемых веществ использовался Nd: YAGлазер с одним каскадом усиления. Параметры лазера и системы регистрацииприведены в таблице 1. Применение в качестве пассивного модулятора добротностикристалла с центрами окраски позволило получать цуг наносекундных импульсов.
Таблица 1. Основныепараметры ЛИС спектрометра.Лазер: Nd:YAG, модулированной добротности
Длина волны
длительность импульса
одиночного модулированной добротности
всей гребенки по основанию
1,064 мкм,
20 нс
150 200 мкс Энергия импульса (в гребенке) до 600 мДж Регистрационная система: Полихроматор На базе малогабаритного МСД 1 Дифракционные решетки 1200 штрихов/мм Фоторегистратор эмиссионных спектров Фотодиодная линейка, 2100 элементов, ФЭУ-79, АЦП-Ла-н10М6 Частота дискретизации АЦП Не хуже100 Мгц Фокусирующая линза, диаметр, фокус Стекло, 50 мм, 75 мм
Использование методикивозбуждения эмиссионного спектра исследуемых объектов лазерным импульсомсложной формы в сочетании с пространственной селекцией излучения [13] позволилополучить пределы определения (ПО) ряда элементов сравнимые с данными полученнымив случае использования ССD камер с временной селекцией излучения [9]. ПримерыПО приведены в таблице 2. Там же даны аналитические линии, по которымосуществлялись элементоопределения.
Таблица 2. Аналитическиелинии и пределы обнаружения методом ЛИСЭлемент Длина волны, нм Минимальная обнаружимая концентрация, г/л
Литературные данные, г/л
[9] Na 588.9 0.0011 0.0005 Ca 393.4 0.0009 0.0003 Mg 285.2 0.0007 0.001 Ba 455.4 0.0062 - Cu 324.7 0.009 0.007 Fe 373.4 0.04 0.03 Al 396.1 0.05 0.01 Zn 334.5 0.6 0.12
Результаты определенияэлементного состава отобранных проб показали, что в отдалении от мест добычинефти элементный состав морской воды и фитопланктона согласуется слитературными данными. При приближении к буровым установкам в пробах наблюдаетсяповышенное содержание бария и фосфора. Так содержание бария в морской водеизменялось от 11 (ст. 1) до 14г/л (ст. 4), что значительно превышаетсодержание данного элемента приводимое для данных мест в литературе. Вфитопланктоне содержание бария 12г/кг, фосфора 14г/кг и значительно превышаетсодержание анализируемых элементов в районах отдаленных от буровых [14]. Пробыгрунта удалось получить только на расстоянии 2,5 морских мили от буровыхустановок. Концентрация бария и фосфора в донных осадках составила 16 и 11г/кг,соответственно. На станциях отдаленных от мест добычи нефти содержание бария ифосфора морской воде и фитопланктоне, донных осадках приходит в соответствие слитературными данными[15]. Повышенные содержание бария и фосфора в исследованныхобъектах, вероятно, связаны со сливом бурового раствора в море (чтонеоднократно наблюдалось во время проведения измерений).
Еще одна возможностьприменения ЛИС для оценок экологической ситуации основывается на полученныхкорреляциях между изменением интенсивности аналитической линии натрия,используемой для определения содержания натрия в морской воде, и соленостью,определенной по стандартной методике. Интересно, что при этом не обязательнознание абсолютных значений концентрации и солености, а лишь необходим видкривой, то есть угол наклона и коэффициент корреляции. Аналогичные зависимостиполучены между содержанием магния и кремния в морской воде и содержаниемфитопланктон. Поскольку эти элементы характерны для фитопланктона Охотскогоморя, представленного в основном диатомовыми водорослями, то прослеживаетсявозможность оценки изменения содержания фитопланктона по изменениюинтенсивности эмиссионных линий магния либо кремния. Приведенные примерыуказывают на возможность использования ЛИС в качестве «тестера» при контроленад изменением параметров среды.
Резюмируя, можно сказать,что использование метода лазерной искровой спектроскопии с использованиемразработанной и созданной установки позволяет производить контроль надсодержанием загрязняющих элементов в морской воде, фитопланктоне и донныхосадках. Основным преимуществом является возможность контроля в реальномвремени и в натурных условиях. Следует отметить, что процесс определенияэлементов автоматизирован до уровня выдачи протокола. Относительное среднееквадратичное отклонение определений находится на уровне 8–15%. Погрешность,возникающая за счет аппаратуры, не превышает 5%.
Литература
1. И.Р. Шен. Нелинейнаяоптика. М.: Наука, 1989.
2. В. Демтредер. Лазернаяспектроскопия. М.: Наука 1985.
3. В.С. Летохов, В.П. Чеботаев.Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. М.: Наука, 1975.
4. Нелинейная спектроскопия.Под ред. Н. Бломбергена. М.: Мир. 1979.
5, С.А. Ахманов, Н.И. Коротеев.Методы нелинейной оптики в спектроскопии рассеяния света. М.: Наука. 1981.
6. Дж. Ниблер, Г. Найтен.Спектроскопия когерентного антистоксова рассеяния света. В сб. Спектроскопиякомбинационного рассеяния света в газах и жидкостях. Под ред. А. Вебера.М.: Мир, 1982.
7. Лазерная спектроскопиякомбинационного рассеяния в кристаллах и газах. Труды ИОФАН, т. 2, 1986 г.
8. Ю.Н. Поливанов.Комбинационное рассеяние света на поляритонах. Успехи физ. наук, 1978 г., т. 126,вып. 2. с. 185.
9. Ю.Н. Поливанов.Нелинейно-оптическое рассеяние света с участием фононных поляритонов. ТрудыИОФРАН, т. 43, с. 3, 1993.
ЛИТЕРАТУРА
1.Океанографическая энциклопедия. // Под ред. З.И. Мироненко и др.,Гидрометеоиздат, 1974 г., 631 с.
2.И.А. Киселев, Планктон морей и континентальных водоемов // т. 2,Наука, 1980 г., 440 с.
3.Л.Т. Сухов. Лазерный спектральный анализ. // Новосибирск, «Наука»,1990, 139 с.
4. D.A. Rusak, B.C. Castle, B.W. Smith, J.D. WinefordnerRecent trends and the future of laser – induced plasma spectroscopy. //Trends in analytical chemistry. v. 17. n. 8+9. 1998. p. 453–461.
5.Букин О.А., Павлов А.Н., Сушилов Н.В. Использование спектроскопии лазернойискры для анализа элементного состава водных сред. // ЖПС. – 1990. –T.5 2.– №5. — C.736–738.
6.Прохоров А.М., Власов Д.В., Ципенюк Д.Ю. и др. Исследование возможности дистанционногоопределения содержания железа в морской воде по эмиссионному спектру лазерногопробоя. // ЖПС. 1991. — T. 55.– №2. — C. 313–314.
7.О.А. Букин, Ю.А. Зинин, Э.А. Свириденков и др. Определениемакросостава морской воды методом лазерной искровой спектроскопии. //Оптика атмосферы и океана. 1992. Т. 5, №11. С. 1213–1216.
12. О.А. Букин, А.А. Ильин, С.С. Голики др. Динамические характеристики спектров плазмы, генерируемой на поверхноститвердых и жидких мишеней при воздействии лазерным импульсом сложной формы. //ЖПС. – 2003. – T. 70.– №4. — C. 531–535.
13.О.А. Букин, А.А. Ильин, С.С. Голик и др. Использованиемногоимпульсного возбуждения лазерной плазмы для исследования элементногосостава конденсированных сред. // Оптика атмосферы и океана. – 2003. — T. 16. – №1.
14.Патин С.А. Влияние загрязнения на биологические ресурсы и продуктивностьмирового океана // Москва. Пищевая промышленность. -1997.-304 с.
15.Астахов А.С., Поляков Д.М., Слинко Е.Н. и др. Распределение металлов в донныхосадках Японского моря (на примере профиля Владивосток Ниигата) //Тематический выпуск ДВНИГМИ №3. – Владивосток. – Дальнаука. – 2000.- С. 150–165.