Волоконные зонды для ИК-Фурье спектрометрии
Разработка и изготовление оптоволоконного зонда с различными типами датчиков. Калибровочная кривая системы "ацетон-этиловый спирт". Описание сравнения интенсивности полос поглощения зондов с одинарной и двойной петлей в системе "ацетон-этиловый спирт".
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.12.2018 |
| Размер файла | 4,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Волоконные зонды для ИК-Фурье спектрометрии
А.С. Корсаков
Разработан и изготовлен оптоволоконный зонд с различными типами датчиков. На примере систем «ацетон-этиловый спирт» и «C8H8Fe(CO)3 - этиловый спирт» определена чувствительность двух типов датчиков: с одинарной и двойной петлей. оптоволоконный зонд ацетон этиловый спирт
На основе новых кристаллов и нанокристаллических ИК-световодов [1-3] нами разработаны зонды для ИК-Фурье спектрометрии: зонд с петлей, зонд с зеркалом, зонд с алмазом; волоконно-оптическая приставка.
Изготовленные зонды были протестированы на ИК-Фурье спектрометре Shimadzu IRPrestige-21 (рис. 1). Результаты испытаний показали возможность использования всех типов зондов для работы с жидкими, газообразными и твердыми образцами в спектральном диапазоне от 3,0 до 15,0 мкм. Верхняя и нижняя границы диапазона в данном случае занижены по сравнению с максимально возможными, поскольку наибольшая чувствительность при количественном определении содержания веществ методом ИК-спектроскопии достигается при использовании в спектрометре КРТ-детектора, рабочий диапазон которого - 3,0 - 15,0 мкм.
Рис. 1. Оптоволоконный зонд с петлей для ИК-Фурье спектрометра (1);
ИК-зонд в действии (2)
Рис. 2. Участок ИК-спектра поглощения смеси «ацетон - этиловый спирт», соответствующий поглощению группы С=О. 1 - 33,3% ацетона; 2 - 9,09% ацетона; 3 - 0,66% ацетона.
Представлены экспериментальные результаты определения количественного содержания ацетона в спирте (рис. 2, 3) с использованием изготовленного оптоволоконного зонда. Методика эксперимента заключалась в том, что по ряду калибровочных растворов с известным содержанием ацетона строили калибровочую кривую в программном обеспечении ИК-спектрометра, после чего определяли заранее известные концентрации растворов, содержание ацетона (х) в которых находилось в трех диапазонах: 0 % < x < 1 %, 1 % < x < 10 %, 10 % < x < 100 %.
Погрешность измерения содержания ацетона в смеси (х) при 1 % < x < 100 % в наихудшем случае близка к 1 % (таблица 1), тогда как при х<1% погрешность возрастает до значений более 10 %. Эти данные были получены для одинарной петли (датчик зонда), при этом минимальная детектируемая концентрация ацетона составила 4,1·10-2 моль/л. Поскольку действие зонда-петли основано на эффекте эванэсценции - частичного вытекания мод за пределы материала световода и их последующего возвращения - в той части датчика, которая имеет искривление, логичным является предположение, что увеличение площади поверхности петли должно привести к увеличению интенсивности получаемого аналитического сигнала. Для подтверждения данного предположения была изготовлена двойная петля, на которой сняли спектр минимально определявшегося одинарной петлей количества ацетона - 4,1·10-2 моль/л. Эксперимент показал усиление интенсивности в 2,5 раза на пике C=O группы. При этом минимальная детектируемая концентрация снизилась до1,1·10-2 моль/л. Результаты измерений по волновому числу 1709,21 см-1 приведены на рис. 4.
Рис. 3. Калибровочная кривая системы «ацетон - этиловый спирт». r = 0,999975.
Рис. 4. Сравнение интенсивности полос поглощения зондов с одинарной и двойной петлей в системе «ацетон-этиловый спирт» при определении 0,33 об. % ацетона.
Также проведен эксперимент по определению чувствительности при анализе раствора трикарбонил-циклооктотетраена железа в этиловом спирте. Минимально определенная концентрация C8H8Fe(CO)3 - 0,003 моль/л (рис. 5).
Рис. 5. Спектры поглощения раствора C8H8Fe(CO)3 в этиловом спирте, снятые на двойной петле.
Таблица 1
Погрешность определения содержания ацетона в «неизвестных» образцах
Истинноезначение, % |
Расчетноезначение, % |
Погрешность, % |
|
|
0,660 |
0,569 |
13,8 |
|
|
9,090 |
9,193 |
1,1 |
|
|
33,300 |
33,459 |
0,5 |
Согласно проведенному эксперименту, с помощью новых оптоволоконных зондов возможно определение количественного содержания органических веществ (на примере ацетона) до уровня десятых долей процента с точностью до 0,5 %. Конструкция и комплектующие зонда могут меняться в зависимости от характеристик образца и рабочей среды (агрессивность, температура, агрегатное состояние): зонды с алмазной призмой позволяют работать с сыпучими, жидкими и пастообразными образцами при высоких температурах и агрессивности; зонды с зеркалом и петлей применимы для анализа жидкостей при средних и нормальных температурах и минимальной агрессивности среды.
Список литературы
1. Корсаков А.С., Жукова Л.В. Кристаллы для ИК-волоконной оптики. Физико-химические основы получения твердых растворов галогенидов серебра и таллия (I) для ИК-волоконной оптики. LAP Lambert academic publishing. 146 с. 2011.
2. L. Zhukova, A. Korsakov, A. Chazov, D. Vrublevsky, V. Zhukov. «Photonic crystalline IR fibers for the spectral range of 2-40 µm». Applied Optics. 2012. Vol. 51. No.13. P. 2414-2418.
3. Korsakov A., Chazov A., Zhukova L., Vrublevsky D., Korsakov V., Zhukov V., Terlyga N. AgBr-TlI, AgBr-KRS-5 photonic crystals and fibers based on them for Middle and Far infrared. Advanced Photonics Congress, Nonlinear Photonics Conference, OSA Technical Digest (online), Specialty Optical Fibers (SOF) 2012, paper: SM2E.3, 17-21 June 2012, Colorado Springs, Colorado, USA.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Общая характеристика технологий, конструктивных особенностей, принципов работы и практического применения волоконно-оптических датчиков. Описание многомодовых датчиков поляризации. Классификация датчиков: датчики интенсивности, температуры, вращения.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.06.2012История создания автомобильных двигателей, работающих на этиловом спирте. Особенности производства биогаза из листьев, навоза и пищевых отходов. Выращивание водорослей в США для получения биотоплива. Изготовление этанола из древесных опилок в России.
презентация [601,4 K], добавлен 12.02.2014Общая характеристика строения сетчатки. Динамическая Фурье голограмма. Проблемы, связанные с Фурье-оптикой. Процесс построения действительного изображения. Способы создания 3D изображения к кино. Функциональная схема Фурье-фотоаппарата и проектора.
творческая работа [379,8 K], добавлен 04.05.2012Теория атомно-абсорбционных измерений: излучение и поглощения света, понятие линии поглощения и коэффициента поглощения, контур линии поглощения. Принцип работы лазера. Описание работы гелий-неонового лазера. Лазеры на органических красителях.
реферат [392,9 K], добавлен 03.10.2007Система изготовления острий (зондов). СТМ для сканирующих туннельных микроскопов как прецизионный инструмент для изготовления острий (зондов) из вольфрамовой проволоки методом электрохимического травления. Конструкция СТМ, режимы и порядок работы.
презентация [13,3 M], добавлен 19.02.2016Применение индукционных методов для исследования вторичного электромагнитного поля среды. Подбор определенной длины зонда для генерирования максимально полезного сигнала в приемной катушке. Расчетная модель, методика проектирования, результаты расчетов.
курсовая работа [788,1 K], добавлен 11.02.2013Решение уравнений состояния численным методом. Анализ цепи операторным методом при апериодическом воздействии. Определение функции передачи, её нулей и полюсов. Определение переходной и импульсной функции. Разложение в ряд Фурье периодической функции.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 24.03.2009Анализ существующих малоинерционных датчиков. Конструкция датчика мгновенных температур. Этапы преобразования измеряемых величин в измерительной системе. Разработка информационно измерительной системы. Погрешность вариаций химического состава нити.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 24.01.2014Создание дефектов в кристаллах и появление в запрещенной зоне определенных полос поглощения. Недостаток радиационного способа. Фотохимическая и термическая обработка кристаллов. Перевод электрона на уровень энергии, обусловленный наличием F-центра.
презентация [34,0 K], добавлен 19.02.2014Физическая природа поглощения и люминесценции. Состав стекла, легированного висмутом, и спектры поглощения. Структурирование висмутовых стекол с помощью фемтосекундного лазера. Исследование температурной зависимости спектрального коэффициента поглощения.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 14.01.2014Расчет спектральных коэффициентов ряда Фурье. Временная и спектральная диаграмма сигнала. Автокорреляционная функция, формулы для её расчета. Электрическая схема модулятора шумоподобного сигнала. Коэффициенты передачи линейного дискретного фильтра.
контрольная работа [1021,0 K], добавлен 12.11.2012Описание процесса распространения электромагнитной волны в волноводе дифференциальным уравнением. Исследование сходимости ряда аналитического решения. Вычисление функций Бесселя. Сравнение теоретической и практической оценок количества членов ряда Фурье.
курсовая работа [870,1 K], добавлен 27.02.2014Принципы преобразований Фурье, основные правила и значение данного процесса. Особенности применения соответствующих рядов в современной электронике. Анализ примеров решения задач. Комплексы напряжения и тока, их применение в показательную форму.
презентация [304,5 K], добавлен 22.03.2015Энергия солнца, ветра, вод, термоядерного синтеза как новые источники энергии. Преобразование солнечной энергии в электрическую посредством использования фотоэлементов. Использование ветродвигателей различной мощности. Спирт, получаемый из биоресурсов.
реферат [20,0 K], добавлен 16.09.2010Чувствительность датчиков, их классификация по тем величинам, которые они должны измерять (датчики давления, датчики уровня). Основные типы датчиков сопротивления и их характеристики. Устройство емкостных и струнных датчиков, свойства фотоэлементов.
реферат [23,4 K], добавлен 21.01.2010Понятие точечного источника света. Законы освещенности, поглощения Бугера, коэффициент поглощения. Использование для измерения освещенности фотоэлемента, величина тока которого пропорциональна освещенности фотоэлемента. Обработка экспериментальных данных.
лабораторная работа [241,8 K], добавлен 24.06.2015Классификация датчиков по принципу преобразования электрических и неэлектрических величин, виду выходного сигнала. Принцип действия тепловых датчиков, его основание на тепловых процессах. Термопреобразователи сопротивления, манометрические термометры.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 08.10.2012Суть явления ядерного магнитного резонанса. Его преимущества и недостатки. Прецессия вектора магнитного момента ядра. Получение спектра ЯМР из сигнала с помощью Фурье-преобразования. Простейшая конструкция датчиков поверхностного ЯМР и их применение.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.05.2016Оптические свойства полупроводников. Механизмы поглощения света и его виды. Методы определения коэффициента поглощения. Пример расчета спектральной зависимости коэффициента поглощения селективно поглощающего покрытия в видимой и ИК части спектра.
реферат [1,2 M], добавлен 01.12.2010Характеристика основных параметров оптоволокна, потери при распространении света в оптоволокне. Описание общей схемы устройства и принципа работы волоконных лазеров. Фотоиндуцированные решетки показателя преломления в активных волоконных световодах.
курсовая работа [615,9 K], добавлен 19.06.2019
