Метод дистанционной диагностики окружающей среды на основе эффекта СКР в УФ диапазоне длин волн тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Жарков, Виктор Иванович

• Жарков, Виктор Иванович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Жарков, Виктор Иванович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Дистанционный контроль загрязнения атмосферы

1.1 Дистанционная спектроскопия атмосферы

1.1.1 Эффект поглощения

1.1.2 Эффект флуоресценции

1.1.3 Эффект спонтанного комбинационного рассеяния

1.2 СКР-лидар как инструмент диагностики газового состава атмосферы

2 Анализ возможности применения лидарного метода на основе СКР для дистанционной диагностики молекулярных систем в атмосфере в УФ диапазоне длин волн

2.1 Факторы, ограничивающие чувствительность СКР-лидарного метода

и способы их устранения

2.1.1 Флуоресценция исследуемых веществ

2.1.2 Фоновое излучение

2.1.2.1 Фон естественного излучения

2.1.2.2 Фон искусственного освещения

2.1.3 Ослабление атмосферой

2.1.4 Помеха несмещенного рассеяния

2.1.5 Спектр возбуждающего излучения

2.1.6 Энергетические характеристики лазерного излучения

2.1.6.1 Плотность мощности лазерного излучения

2.1.6.2 Энергия фотона и плотность энергии лазерного импульса

2.1.7 СКР-лидарные отклики от основных газовых составляющих атмосферы

2.2 Потенциальные возможности лидара на основе эффекта СКР

2.2.1 Уравнение лазерной локации для эффекта СКР

2.2.2 Параметры СКР-ли дара

2.2.3 Геометрическая функция лидара

2.2.4 Сечения СКР

2.2.5 Концентрации исследуемых веществ

2.2.6 Критерий обнаружения

2.2.7 Расчет времени обнаружения 74 3 Экспериментальное исследование СКР-лидарного метода обнаружения химических соединений

3.1 Аппаратура лидара

3.1.1 Источник излучения

3.1.2 Приемный телескоп

3.1.3 Блок спектральной селекции

3.1.4 Система фотодетектирования

3.1.5 Оптическая схема лидара

3.1.6 Общая конструкция лидара

3.2 Экспериментальное исследование возможностей СКР-лидара при обнаружении паров веществ в атмосфере

3.2.1 Схема экспериментов

3.2.2 СКР-лидарные отклики чистой атмосферы

3.2.3 Методика получения контролируемых концентраций вещества в газовой фазе

3.2.3.1 Вакуумная кювета

3.2.3.2 Открытая кювета

3.2.4 Экспериментальная оценка предельной чувствительности СКР-лидара при обнаружении паров в атмосфере

3.3 Экспериментальное исследование возможностей СКР-лидара при обнаружении следов химических соединений на поверхности

3.3.1 Методика получения контролируемых концентраций вещества в конденсированной фазе

3.3.2 Схема экспериментов

3.3.3 Экспериментальная оценка предельной чувствительности СКР-лидара при обнаружении следов

3.3.4 Исследование эффективности процесса обнаружения следов

3.3.5 Дистанционная визуализация следов химических соединений с помощью эффекта СКР

3.3.6 Исследование влияния подложки на чувствительность СКР-лидарного метода обнаружения следов 117 Результаты 121 Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод дистанционной диагностики окружающей среды на основе эффекта СКР в УФ диапазоне длин волн»

Введение

Своевременный мониторинг экологической обстановки и контроль качества воздуха очень важен в жизни современного общества. В связи с этим большую актуальность приобретают задачи повышения оперативности диагностики окружающей среды.

Особое место при решении проблем мониторинга занимают методы лазерного зондирования атмосферы, позволяющие дистанционно и оперативно получать информацию о пространственно-временном распределении параметров окружающей среды. Применение специальных лазерных локаторов (лидаров), использующих спектроскопические эффекты взаимодействия излучения с веществом, позволяет проводить дистанционное и скрытное инспектирование пространства в труднодоступных или закрытых областях, осуществлять качественный и количественный контроль содержания токсичных газов в выбросах промышленных предприятий и т.д. Также весьма перспективным направлением использования лидарных методов является дистанционное определение уровня загрязнения поверхностей объектов или подстилающей поверхности.

В основе всех без исключения оптических методов определения химического состава окружающей среды лежат фундаментальные принципы взаимодействия излучения с веществом. Выбор конкретного эффекта взаимодействия при разработке метода осуществляется исходя из условий решаемой задачи.

Эффект спонтанного комбинационного рассеяния (СКР) позволяет, в принципе, получать информацию о составе и соотношении концентраций многокомпонентной среды, одновременно. Каждая из молекул химического соединения имеет уникальный спектр СКР, что позволяет проводить ее однозначную идентификацию. Частотные сдвиги полос СКР не зависят от длины волны возбуждающего излучения, а определяются энергетической структурой молекулы. Сечение эффекта СКР, в отсутствие электронных резонансов, плавно

зависит от частоты. Именно поэтому, условия возбуждения спектров СКР не требуют применения специальных перестраиваемых лазерных источников. При этом длина волны возбуждающего излучения определяет спектральную область расположения спектров СКР, которая может быть выбрана оптимальным образом в зависимости от условий решаемой спектроскопической задачи. Все это делает привлекательным эффект СКР при его применении в качестве физической основы методов дистанционной диагностики окружающей среды и создании специальных лазерно-локационных систем - СКР-лидаров на его основе.

Известные ранее попытки применения СКР-лидаров ограничивались возможностью одновременного мониторинга лишь нескольких компонентов атмосферы за счет аппаратного выделения нескольких дискретных участков в спектрах СКР-лид арных откликов [1-4]. Благодаря прогрессу в области информационных технологий в сочетании с появлением высокочувствительных охлаждаемых матричных фотодетекторов, появилась возможность многоканальной регистрации и идентификации спектров СКР во всей области частотных сдвигов одновременно [5-8].

Не смотря на универсальность СКР-лидарного метода, его применение для обнаружения низких концентраций веществ не всегда возможно в силу малой эффективности взаимодействия. Известно, что абсолютное значение сечения СКР зависит от длины волны возбуждающего излучения как А."4. Именно поэтому при создании высокочувствительных систем дистанционного контроля химического состава окружающей среды на базе эффекта СКР стараются использовать коротковолновое излучение. Выбор лазерного источника с длиной волны излучения короче 250 нм кажется достаточно привлекательным, поскольку при этом обеспечивается как высокое сечение взаимодействия (в том числе за счет возможного предрезонансного усиления), так и благоприятное, с точки зрения подавления шума, расположение частотных сдвигов, в «солнечно-слепой» области спектра (200-300 нм). При этом, как показывает анализ литературных данных, вероятность перекрытия спектров СКР и флуоресценции становится существенно меньше, за счет благоприятных особенностей распределения

интенсивности полос спектров флуоресценции примесей при возбуждении в УФ области. Однако, несмотря на многолетние усилия исследователей, направленные на решение проблемы создания лидарного метода, обеспечивающего высокую чувствительность и оперативность, имеющего высокую помехозащищенность и универсальность наталкиваются на трудности как методического, так и технического характера. И как следствие, задачу создания лидарной технологии диагностики окружающей среды на основе эффекта СКР нельзя считать решенной. Из анализа состояния вопроса, с очевидностью следует необходимость проведения дополнительных специальных научных и технологических экспериментов, с целью создания лидарного метода и лидарной системы нового поколения с использованием особенностей взаимодействия излучения с веществом в УФ диапазоне длин волн.

В этой связи, целью диссертационной работы является разработка СКР-лидарного метода дистанционной диагностики окружающей среды с высокой чувствительностью и помехозащищенностью, и экспериментальное исследование его потенциальных возможностей.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ возможности создания лидарного метода дистанционной диагностики окружающей среды на основе эффекта СКР при использовании ультрафиолетового (УФ) диапазона длин волн;

- разработка математической модели процесса зондирования атмосферы на основе эффекта СКР в УФ области спектра и определение требований к характеристикам лидара;

- создание макета СКР-лидара на базе источника излучения УФ диапазона длин волн;

- экспериментальное исследование помехоустойчивости метода и определение достижимых минимально обнаружимых концентраций паров и следов химических соединений, определяемых с помощью разработанного СКР-лидара.

При решении поставленных задач были выделены основные результаты, получившие обоснования в процессе выполнения диссертации и выдвигаемые в качестве защищаемых положений.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Для корректного измерения низких концентраций (менее 1000 ррш) газовых компонентов зондируемой среды необходимо осуществлять дополнительное спектральное подавление колебательно-вращательных полос СКР на основных составляющих атмосферы (N2 и Ог), а в качестве опорного сигнала использовать их первые обертоны.

2. Комбинационное рассеяние в материале окон кюветы вносит в СКР-лидарный сигнал шумовую компоненту в области частотных сдвигов 1001300 см"1, интенсивность которой эквивалентна сигналам СКР на молекулах кислорода в воздухе. Для устранения влияния шума окон кюветы при проведении калибровки метода необходимо осуществлять пространственно-временное разделение шумовой и сигнальной компонент лидарного отклика.

3. Высокая плотность энергии зондирующего импульса эксимерного лазера на среде КгБ (более 8 мДж/см , для тринитротолуола) приводит к снижению эффективности СКР-лидарного метода обнаружения следов на поверхности за счет деградации следа при лазерном воздействии.

Научная новизна работы

Впервые для определения концентрации химических соединений в атмосфере методом СКР предложено использовать в качестве опорного сигнала первый обертон кислорода или азота.

Впервые для исследования возможности метода СКР использовался эксимерный лазер на среде КгР с узкой линией излучения (5 пм) и с возможностью перестройки в широком спектральном диапазоне (2 нм).

Впервые показано, что использование высокой плотности энергии зондирующего импульса эксимерного лазера на среде КгР приводит к снижению

эффективности СКР-лидарного метода обнаружения следов химических веществ на поверхности.

Впервые экспериментально обоснованна чувствительность СКР-лидара в 2 ррш при обнаружении паров загрязняющих веществ в атмосфере с использованием многоканального матричного фотоприемника.

Впервые экспериментально показана возможность дистанционного обнаружения следов тринитротолуола с поверхностной концентрацией 500 нг/см2 с помощью эффекта СКР при возбуждении излучением с длиной волны 248,3 нм.

Научная и практическая значимость

В процессе исследования был разработан уникальный СКР-лидар, позволяющий проводить дистанционное обнаружение паров химических веществ с концентрациями порядка единиц ррш и следов химических веществ с поверхностными концентрациями порядка единиц мкг/см .

Выявлены физические факторы, приводящие к снижению чувствительности СКР-лидарного метода, при использовании источника излучения УФ диапазона длин волн и предложены методы борьбы с ними.

Показано, что использование в качестве опорного сигнала первого обертона кислорода или азота позволяет корректно измерять низкие концентрации (менее 1000 ррш) химических веществ в атмосфере методом СКР.

Экспериментально апробирован СКР-лидарный метод дистанционной визуализации следов химических веществ с экстремально низкими поверхностными концентрациями.

Внедрение результатов работы

Результаты работы использованы при выполнении следующих проектов: 1. СЧ НИР (2012-2013 гг.) «Исследование лидарных методов дистанционного

обнаружения следов азотосодержащих взрывчатых веществ на одежде и

коже человека, поверхности ручной клади и багажа в условиях

интенсивного пассажиропотока», заказчик Федеральное государственное

бюджетное учреждение науки Институт проблем химико-энергетических технологий СО РАН.

2. Проект РФФИ № 13-08-98013 р_сибирь_а (2013-2015 гг.) «Развитие основ новых лазерных технологий для дистанционного контроля состава и оптико-метеорологических параметров атмосферы».

3. Междисциплинарный интеграционный проект СО РАН (2012-2014 гг.) «Физические основы новых дистанционных методов и технологий обнаружения взрывчатых веществ».

Достоверность результатов работы подтверждается:

- согласованием результатов с экспериментальными данными других авторов, полученных в схожих условиях;

- адекватной калибровкой метода по сигналам СКР на основных составляющих атмосферы;

- совпадением результатов теоретических оценок и значений экспериментальных данных;

- положительными решениями патентных экспертиз предложенных решений.

Личный вклад автора

Все результаты, представленные в работе, получены при непосредственном участии автора. Автор диссертации проводил расчет и проектирование узлов и компонентов лидара, осуществлял планирование экспериментов, участвовал в проведении экспериментальных исследований по оценке чувствительности и определении характеристик лидара. Обрабатывал экспериментальные данные и проводил их интерпретацию и анализ. Кроме того, личный вклад автора состоит в разработке математической модели процесса зондирования атмосферы на основе эффекта СКР в УФ области спектра, а также в компьютерном моделировании оптической схемы и определении геометрической функции лидара.

Апробация работы

По материалам диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 6 статей в научных журналах, включенных в перечень ВАК: «Известия вузов. Физика», «Оптика атмосферы и океана». Получено 2 патента на полезную модель.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 3-ей Международной научно-практической конференции

J.L

«Актуальные проблемы радиофизики» (Томск, 2010); 25 International Laser Radar Conference (Санкт-Петербург, 2010); XVII Международном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Томск, 2011); X International Conference Atomic and Molecular pulsed lasers - AMPL (Томск, 2011); V Всероссийской конференции молодых ученых «Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии» (Томск, 2012); XVIII Международном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (Иркутск, 2012); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы радиофизики»

__iL

(Томск, 2012); 26 International Laser Radar Conference (Греция, 2012); XIX

Международном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы»

(Барнаул, 2013); 2nd European Conference on Detection of Explosives (2nd EUCDE)

th

(Италия, 2013); 44 International Annual Conference of the Fraunhofer ITC (Германия, 2013); 9 th International High Energy Materials (HEMs) Workshop "Civil and Green Applications of High Energy Materials" (Япония, 2013).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, содержащего 168 наименований цитируемой литературы. Общий объем диссертации, включая иллюстрации и таблицы, составляет 138 машинописных страниц.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, указана научная новизна,

а также научная и практическая значимость результатов работы, определены личный вклад автора и структура диссертации, представлена апробация и публикации результатов работы, сформулированы научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации рассмотрена совокупность эффектов взаимодействия излучения с веществом с точки зрения их возможного практического использования для дистанционной диагностики окружающей среды. Приведен краткий обзор методов дистанционного газоанализа атмосферы на основе эффекта СКР.

Во второй главе проведен всесторонний анализ особенностей применения эффекта СКР при разработке лидарного метода. Выявлены факторы, ограничивающие чувствительность и определяющие помехоустойчивость СКР-лидарного метода, при использовании источника излучения в УФ диапазоне длин волн. Предложены технические решения и разработаны методики, позволяющие повысить чувствительность и точность метода.

В следующем разделе главы представлена математическая модель процесса зондирования атмосферы на основе эффекта СКР в УФ области спектра. С помощью полученной модели, при использовании априорной спектроскопической информации об объекте обнаружения, при заданных параметрах среды распространения излучения и параметрах приемопередающей аппаратуры, рассчитывалась величина ожидаемого СКР-лидарного сигнала как функция расстояния. Определялось ожидаемое время обнаружения для различных условий численного эксперимента.

В третьей главе представлено подробное аналитическое описание компонентов аппаратуры разработанного СКР-лидара, приведены схемы технические характеристики. Описаны условия проведения экспериментов по дистанционному обнаружению химических соединений. Представлены методики создания контролируемых концентраций веществ, как в газовой, так и в конденсированной фазе. В процессе выполнения экспериментальных работ была исследована помехоустойчивость метода. Получены значения минимально

обнаружимых концентраций, определяемых с помощью макета СКР-лидара при работе по парам и следам химических соединений. Описана методика и представлены результаты дистанционной визуализации следов химических соединений с помощью сканирующей модификации СКР-лидарного метода.

В заключении сформулированы выводы и перечислены основные результаты, полученные в диссертационной работе.

1. Дистанционный контроль загрязнения атмосферы

Первые применения оптических методов для дистанционного определения состава атмосферы хорошо известны. Это и определение состава атмосферы по положению и интенсивности линий и полос поглощения в спектре солнечного излучения. Это и оценка малых газовых компонентов верхней атмосферы из спектроскопических исследований оптических проявлений сумеречных явлений. Хорошо известна техника трассовых измерений примесного состава атмосферы с использованием различных источников света.

Появление лазеров вывело технику оптических измерений на качественно новый уровень. Способность лазеров генерировать короткие импульсы монохроматического излучения явилось основой для создания импульсных оптических локаторов (лидаров), позволяющих дистанционно получать пространственно разрешенную информацию об окружающей среде.

В отличие от радиоволн, оптическое излучение активно взаимодействует с атомами и молекулами в атмосфере. Необходимо лишь правильно организовать и использовать процесс взаимодействия. Известен целый ряд оптических эффектов взаимодействия, на основе которых могут быть разработаны методы дистанционного обнаружения атомов и молекул, входящих в состав атмосферы.

1.1 Дистанционная спектроскопия атмосферы

В основе всех без исключения оптических методов определения химического состава окружающей среды лежат фундаментальные принципы взаимодействия излучения с веществом. При этом важно, чтобы в процессе взаимодействия происходил обмен энергией между фотонами электромагнитного поля и молекулами вещества. В этом случае переизлученная волна несет информацию об энергетической структуре взаимодействующих молекул.

Уникальность энергетической структуры каждого сорта молекул лежит в основе принципа распознавания химических соединений.

В таблице 1.1 приведены типичные характеристики основных видов взаимодействия оптических волн с атмосферными компонентами [1].

Таблица 1.1

Сравнение эффектов оптического взаимодействия, применяемых в методах дистанционного лазерного зондирования атмосферы

Вид взаимодействия Соотношение частот Сечение взаимодействия, см2 Обнаруживаемые компоненты

Рассеяние Ми 10-2б_]0-8 (аэрозоли) Частицы аэрозоля

Релеевское рассеяние КГ6 (вне резонанса) Ю-23 (в резонансе) Атомы и молекулы

СКР 10 (вне резонанса) 10~26 (в резонансе) Молекулы (атомы)

Флуоресценция Vr=Vo V#Vo 10" (потушенная) 10~24 (потушенная) Атомы и молекулы

Поглощение 10"2и Атомы и молекулы

vr-чacтoтa переизлучения, у0-частота возбужения

Аэрозольное рассеяние - это классическое упругое рассеяние, происходящее на длине волны падающего излучения, когда размеры рассеивающих частиц сравнимы или больше длины волны оптического излучения. При этом рассеиваемый свет сконцентрирован в основном в направлении «вперед» и имеет значительно меньшую интенсивность в направлении «назад». Хотя сечение этого вида рассеяния велико, что обеспечивает высокую чувствительность при зондировании взвешенных в воздухе частиц, таких как пыль, водяные капли, эффект аэрозольного рассеяния не позволяет проводить анализ атомного и молекулярного состава атмосферы.

Эффект релеевского рассеяния также происходит без изменения начальной и конечной энергии молекул. Излучение релеевского рассеяния изотропно.

В отличие от аэрозольного и релеевского рассеяния, эффект спонтанного комбинационного рассеяния (СКР) предполагает обмен энергией между рассеянным фотоном и рассеивающей молекулой. Эффект СКР не селективен и не требует использования специальных источников излучения. Интенсивность линий СКР пропорциональна концентрации молекул в зондируемом объеме, что позволяет получать количественную информацию об объекте исследования.

Явление флуоресценции относится к классическим проявлениям оптического взаимодействия и нашло широкое практическое применение. Суть явления флуоресценции заключается в том, что атом или молекула, переведенные в возбужденное состояние, способны испускать фотоны при релаксации в основное состояние. При этом не важно, каким образом они были возбуждены. При лазерном возбуждении флуоресценции появляется возможность дистанционных измерений.

Для того чтобы получить представление о феноменологической базе оптических методов обнаружения, полезно рассмотреть совокупность эффектов взаимодействия излучения с веществом с точки зрения их возможного практического использования.

Как было сказано выше, основными эффектами взаимодействия являются поглощение, спонтанное комбинационное рассеяние и флуоресценция. Именно на их базе разрабатывается большинство аналитических методов. Поэтому следует рассмотреть возможности использования методов дистанционной диагностики атмосферы на основе этих трех эффектов.

1.1.1 Эффект поглощения

Эффект поглощения заключается в том, что при взаимодействии излучения с веществом часть энергии излучения поглощается атомом или молекулой и переводится в другую форму, например, в тепло. При этом каждая молекула

имеет уникальный спектр поглощения. Спектр поглощения может быть получен в виде спектра пропускания, спектра отражения, спектра ослабления сигнала обратного рассеяния (лидарная методика) или спектра потерь в резонаторе и т. д. Идентификация спектра поглощения позволяет распознать вещество. Наиболее информативными являются спектры поглощения в инфракрасном диапазоне длин волн, поскольку они отражают уникальные комбинации частот колебательно-вращательных движений молекул (рисунок 1.1).

100

о о'

о 5

§ 50 а

о

к

о Си

0

4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400

Волновое число, 1/см

Рисунок 1.1 - Спектр пропускания раствора фенилацетилена (СвНб)

Техника инфракрасной (ИК) спектроскопии постоянно совершенствуется, но и сегодня остается множество нерешенных проблем, не позволяющих в полной мере использовать информационный потенциал ИК диапазона. Таблица 1.2 содержит сведения о типовых значениях порогов обнаружения методами на основе эффекта поглощения. Как видно из таблицы, все эти методы имеют высокую чувствительность, но лишь один из них - метод дифференциального поглощения и рассеяния (ДПР) является подлинно дистанционным. Однако он дает хороший результат лишь на длинных измерительных трассах.

Область отпечатков пальцев 1500-500 см"

]ГУ

3290 V

=с-н

656

8 =с-н

\ //

с=с-н

-I-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-

Таблица 1.2

Пределы обнаружения методов на основе эффекта поглощения

Метод Предел обнаружения Забор пробы

ДПР ppb1 нет

Внутрирезонаторное поглощение ppb да

Оптико-акустический ppb да

Метод ДПР, в основном, применяется для контроля или измерения концентраций одного или нескольких заранее выбранных газов. Для зондирования широкого спектра веществ данный метод не применяется, т.к. требует широкой области перестройки источника излучения, в связи с необходимостью «сканировать» диапазон длин волн соответствующий уникальным полосам поглощения молекул (-500-1500 см"1 или -6,7-20 мкм). При зондировании атмосферы спектральный диапазон метода ограничен окнами прозрачности (рисунок 1.2). Кроме того параметры полос поглощения необходимые для восстановления концентрации зависят от температуры и давления зондируемой среды [9-15]. Огромные трудности вызывает проблема интерпретации спектральных измерений для неизвестной смеси газов.

Длина волны, мкм

Рисунок 1.2 - Спектральное пропускание приземной атмосферы, для трассы

длиной 1 км

1 ppb, от англ. parts per billion - молекул вещества на миллиард молекул воздуха

1.1.2 Эффект флуоресценции

Флуоресценция представляет собой спонтанное испускание фотона атомом или молекулой в процессе релаксации после перехода их в возбужденное состояние. На рисунке 1.3 показана диаграмма уровней энергии, предложенная Яблонским [16, 17]. Поглощенное излучение переводит молекулу в любое из возможных возбужденных электронных состояний. Далее за счет взаимодействия с окружающей средой, избыток энергии быстро расходуется, переводя молекулу на самый нижний колебательный подуровень состояния Бь Этот процесс называется колебательной релаксацией. В результате колебательной релаксации, переход молекулы с излучением в большинстве случаев осуществляется уже непосредственно с самого нижнего колебательного подуровня состояния на различные колебательные подуровни основного состояния. Поэтому спектр испускания отражает колебательную структуру основного электронного состояния. Для многоатомных молекул этот процесс приводит к широкополосной флуоресценции, имеющей квази непрерывный спектр, за счет перекрытия полос.

а: з

а. <и х

(Т>

я,

йо

1. Поглощение 3. Флуоресценция

2. Колебательная релаксация 4. Внутренняя конверсия

Рисунок 1.3 - Диаграмма Яблонского, показывающая излучательные и безызлучательные переходы в молекулах.

Для эффекта флуоресценции характерна высокая эффективность взаимодействия (таблица 1.1). Именно поэтому, методы обнаружения,

основанные на эффекте флуоресценции, имеют особо высокую чувствительность, оставаясь при этом дистанционными. В таблице 1.3 приведены пределы обнаружения, характерные для флуоресцентных методов [18-22].

Таблица 1.3

Пределы обнаружения методов на основе эффекта флуоресценции

Метод Предел обнаружения Забор пробы

Молекулярная флуоресценция ppt1 Нет

Резонансная флуоресценция ppq2 Нет

Тушение флуоресценции ppt Да

Однако, не смотря на достаточно высокую чувствительность этих методов, они не позволяют проводить идентификацию веществ из-за схожести спектров испускания многих органических соединений. На рисунке 1.4 представлены спектры флуоресценции некоторых бактерий. Видно, что полосы флуоресценции полностью перекрываются.

Длина волны, нм

Рисунок 1.4 - Спектры флуоресценции некоторых бактерий

1 ppt, от англ. parts per trillion - молекул вещества на триллион молекул воздуха

2 ppq, от англ. parts per quadrillion - молекул вещества на квадриллион молекул воздуха

1.1.3 Эффект спонтанного комбинационного рассеяния

Эффект спонтанного комбинационного рассеяния в двух словах можно охарактеризовать как процесс неупругого рассеяния фотонов на молекулах вещества. При этом изменяется как энергетическое состояние молекулы, так и энергия (следовательно, частота рассеянных фотонов) (рисунок 1.5). Спектр комбинационного рассеяния содержит полосы, сдвинутые по частоте в красную область спектра относительно линии возбуждающего излучения. Величина сдвигов определяется частотами колебательно-вращательных движений молекулы. Спектры СКР, также как и ИК-спектры поглощения, обладают высокой информативностью.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Жарков, Виктор Иванович, 2014 год

Список литературы

1. Хинкли Э.Д. Лазерный контроль атмосферы - М.: Мир, 1979. - 416 с.

2. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. М.: Мир, 1987.- 550 с.

3. Алимов С.В., Данилов О.Б., Жевлаков А.П., Кащеев С.В., Косачев Д.В., Мак А.А., Петров С.Б., Устюгов В.И. Авиационный рамановский лидар с ультраспектральным разрешением // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 4. С. 4151.

4. Heaps W.S., Burris J. Airborne Raman Lidar// Applied optics. 1996. V. 35. N 36. P. 7128-7135.

5. Булдаков M.A., Матросов И.И., Петров Д.В., Тихомиров А.А. СКР-газоанализатор для анализа природных и техногенных газовых сред // Оптика атмосферы и океана. 2012. Т. 25. № 2. С. 152-157.

6. Sharma S.K., Misra А.К., Lucey P.G., Angel S.M., and Mckay C.P. Remote Pulsed Raman Spectroscopy of Inorganic and Organic Materials to a Radial Distance of 100 Meters // Applied Spectroscopy. 2006. V. 60. N 8. P. 871-876.

7. Ray M.D., Sedlacek A.J. Ultraviolet mini-Raman lidar for stand-off, in-situ identification of chemical surface contaminants // Review of Scientific Instruments. 2000. V. 71. N 9. P. 3485-3489.

8. Arthur J.S, and Mark D.R. Short-range, Non-contact Detection of Surface Contamination Using Raman Lidar // Proc. SPIE 4577. 2001. P. 95-104.

9. Зуев B.B., Катаев М.Ю., Макогон M.M., Мицель А.А. Лидарный метод дифференциального поглощения. Современное состояние исследований // Оптика атмосферы и океана. 1995. Т. 8. № 8. С. 1136-1164.

10. Городничев В.А., Козинцев В.И., Сильницкий А.Ф. Лидар на основе параметрического генератора света для определения атмосферных загрязнений // Оптика атмосферы и океана. 1988. Т. 1. № 12. С. 33-35.

11. Васильев Б.И., Маннун У.М. ИК лидары дифференциального поглощения для экологического мониторинга окружающей среды // Квантовая электроника. 2006. Т. 36. №9. С. 801-819.

12. Агеев Б.Г., Зотикова А.П., Капитанов В.А., Климкин А.В., Климкин В.М., Макогон М.М., Матвиенко Г.Г., Пономарев Ю.Н., Фатеева H.J1. Комплексный стенд оптической диагностики биосистем // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20. № 1. С.90-95

13. Зуев В.Е., Макогон М.М., Макушкин Ю.С., Мицель А.А., Пономарев Ю.Н. Прикладная спектроскопия атмосферы. Оптические модели молекулярной атмосферы. Вопросы локального газоанализа. Издательство Томского филиала СО АН СССР, Томск, 1986, -147 с.

14. Макогон М.М., Пономарев Ю.Н., Синица JI.H. Развитие методов и техники лазерной спектроскопии в Институте оптики атмосферы СО РАН // Оптика атмосферы и океана. 2009. Т. 22. № 10. С. 958-965.

15. Большаков А.А., Ошемков С.В. Анализ неорганических газов // В сб. Л.:Наука, 1983. - С. 28-36.

16.Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. - М.: Мир, 1986. - 496 с.

17. Степанов Б. И., Грибковский В. П. Введение в теорию люминесценции. -Минск: Изд-во АН БССР, 1963. - 444 с.

18. Коханенко Г.П., Макогон М.М. Мобильный сканирующий флуоресцентно-аэрозольный лидар «ФАРАН-М1» // Фотоника. 2010. № 4. С. 50-53.

19. Макогон М.М. Результаты испытаний мобильного сканирующего флуоресцентно-аэрозольного лидара // Оптика атмосферы и океана. 2011. Т. 24. № 3. С. 232-235.

20. Макогон М.М. Сравнительный анализ спектроскопических методов дистанционной диагностики биоаэрозоля // Оптика атмосферы и океана. 2010. Т. 23. № 5. С. 350-358.

21. Uthe Е. Е. Applications of surface-based and airborne lidar tracking of fluorescent tracers for atmospheric transport and diffusion studies // Journal of the Air Pollution Control Association. 1983. V. 33. P. 1149-1155.

22. Uthe E.E. Elastic scattering, fluorescent scattering, and differential absorption lidar observations of atmospheric tracers // Optical Engineering. 1991. V. 30. P. 66-71.

23. Матвиенко Г.Г., Банах В.А., Бобровников С.М., Бурлаков В.Д., Веретенников В.В., Кауль Б.В., Креков Г.М., Маричев В.Н. Развитие технологий лазерного зондирования атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 2009. Т. 22. № 10. С. 915-930.

24. Singh R.C.V. Raman and the Discovery of the Raman Effect // Physics in Perspective. 2002. V. 4. P. 399^20.

25. Misra A.K. et al. Pulsed remote Raman system for daytime measurements of mineral spectra // Spectrochimica Acta Part A. 2005. V. 61. P. 2281-2287.

26. Rentz J., Schwarze C., Vaillancourt R., Hercher M. Standoff Raman measurement with COTS components // Proc. of SPIE. 2004. V. 5268. P. 328-339.

27. Буриков C.A., Доленко T.A., Пацаева C.B., Южаков В.И. Диагностика водноэтанольных растворов методом спектроскопии комбинационного рассеяния света// Оптика атмосферы и океана. 2009. Т. 22. № 11. С. 1082-1088.

28. Конингстайн И., Введение в теорию комбинационного рассеяния света, М.: Мир, 1975.

29. Гилсон Т., Хендра П. Лазерная спектроскопия КР в химии. - М.: Мир, 1973. 308 с

30. Schmidt Н., Sowoidnich К., and Kronfeldt H.-D. A Prototype Hand-Held Raman Sensor for the in Situ Characterization of Meat Quality // Applied Spectroscopy. 2010. V. 64. № 8. P. 888-894.

31. Oxley J., Smith J., Brady J., Dubnikova F., Kosloff R., Zeiri L., and Zeiri Y. Raman and Infrared Fingerprint Spectroscopy of Peroxide-Based Explosives // Applied Spectroscopy. 2008. V. 62. № 8. P. 906-915.

32. Zeiri, L., Bronk, В., Shabtai, Y., Eichler, J., Efrima, S. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy as a Tool for Probing Specific Biochemical Components in Bacteria // Applied Spectroscopy. 2004. V. 58. № 1. P. ЗЗ^Ю.

33. Esposito, A., Talley, C., Huser, Т., Hollars, C., Schaldach, C., Lane, S. Analysis of Sinle Bacterial Spores by Micro-Raman Spectroscopy // Applied Spectroscopy. 2003. V. 57. № 7. P. 868-870.

34. Dudik et al. UV Resonance Raman Studies of Acetone, Acetamide, and N-Methylacetamide: Models for the Peptide Bond // The Journal of Physical Chemistry. 1985. V. 89. № 18. P. 3805-3814.

35. Плачек Г., Релеевское рассеяние и Раман-эффект, пер. с нем., Хар.- К., 1935. -173 с.

36. Сущинский М. М., Спектры комбинационного рассеяния молекул и кристаллов, М., 1969. -576 с.

37. Smith Е., Dent G. Modern Raman Spectroscopy: a Practical Approach. Hoboken, NJ: J. Wiley, 2005.210 р.

38. Вебер А. Спектроскопия комбинационного рассеяния света в газах и жидкостях, М.: Мир, 1982, С. 373.

39. Акципетров О.А. Гигантские нелинейно-оптические явления на поверхности металлов // Соросовский образовательный журнал. 2001. Т. 7. № 7. С. 109-116.

40. Емельянов В.И., Коротеев Н.И. Эффект гигантского комбинационного рассеяния света молекулами, адсорбированными на поверхности метала // Успехи физических наук. 1981. Т. 135. № 2. С. 345-361.

41. Набиев И.Р., Ефремов Р.Г., Чуманов Г.Д. Гигантское комбинационное рассеяние и его применение к изучению биологических молекул // Успехи физических наук. 1988. Т. 154. № з. с. 459^192.

42. Сафонов В.П., Черноброд Б.М. Гигантское комбинационное рассеяние в газах // Письма в ЖЭТФ. 1983. Т. 37. № 11. С. 548-550.

43. Акципетров О.А. Нелинейная оптика поверхности металлов и полупроводников // Соросовский образовательный журнал. 2000. Т 6. № 12. С. 71-78.

44. Farquharson, S., Gift, A., Maksymiuk, P., Inscore, F. Rapid Dipicolinic Acid Extraction from BacillusSpores Detected by Surface-Enhanced Raman Spectroscopy // Applied Spectroscopy. 2004. V. 58. № 3. P. 351-354.

45. Asher et al. Development of a new UV resonance Raman spectrometer for the 217400 nm spectral region // Review of Scientific Instruments. 1983. V. 54. № 12. P. 16571662.

46. Manoharan et al. Resonance Raman Spectra of Aqueous Pollen Suspensions with 225.2-242.4 nm Pulsed Laser Excitation // Applied Spectroscopy. 1991. V. 45. № 2. P. 307-311.

47. Hug et al. Hollow cathode ion lasers for deep ultraviolet Raman spectroscopy and fluorescence imaging // Review of Scientific Instruments. 2001. V. 72. № 12. P. 44524459.

48. Munro et al. UV Raman Microspectroscopy: Spectral and Spatial Selectivity with Sensitivity and Simplicity // Applied Spectroscopy. 1997. V. 51. № 1. P. 81-86.

49. Asher et al. UV Resonance Raman Characterization of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Coal Liquid Distillates // Applied Spectroscopy. 1988. V. 42. № 2. P. 267-272.

50. Asher et al. UV Resonance Raman Spectroscopy of the Aromatic Amino Acids and Myoglobin // Journal of the American Chemical Society. 1984. V. 106. P. 5008-5010.

51. Asher et al. UV Resonance Raman Spectroscopy Using a New cw Laser Source: Convenience and Experimental Simplicity // Applied Spectroscopy. 1993. V. 47. № 5. P. 628-633.

52. Asher et al. UV Resonance Raman Studies of Molecular Structure and Dynamics: Applications in Physical and Biophysical Chemistry // Annual Review of Physical Chemistry. 1988. V. 39. P. 537-588.

53. Nelson et al. UV-Excited Raman and Resonance Raman Spectra of Synthetic Polymers // Applied Spectroscopy. 1992. V. 46. № 7. P. 1176-1181.

54. Fleischmann M., Hendra P. J., McQuillan A. J. Raman Spectra of Pyridine Adsorbed at a Silver Electrode // Chemical Physics Letters. 1974. V. 26. № 123. P. 163-166.

55. Fleischmann M., Hendra P. J., McQuillan A . J., Paul R.L, Reide E. S. Raman-spectroscopy at electrodeelectrolyte interfaces // Journal of Raman Spectroscopy. 1976. V. 4. P. 269-274.

56. Kneipp K,WangY, Dasari RR, Feld MS,Gilbert BD, et al. Near-infrared surface-enhanced Raman scattering of trinitrotoluene on colloidal gold and silver //

Spectrochimica Acta Part a-Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 1995. V. 51. P. 2171-2175.

57. Kneipp, K., Wang, Y., Kneipp, H., Itzkan, I., Dasari, R. R., Feld, M. S. Population pumping of excited vibrational states by spontaneous surface-enhanced Raman scattering // Physical Review Letters. 1996. V. 76, P. 2444-2447.

58. Kneipp, K., Wang, Y., Kneipp, H., Perelman, L. T., Itzkan, I., Dasari, R., Feld, M. S. Single molecule detection using surface-enhanced Raman scattering (SERS) // Physical Review Letters. 1997. V. 78. P. 1667-1670.

59. Leonard D. A. Observation of Raman Scattering from the Atmosphere using a Pulsed Nitrogen Ultraviolet Laser // Nature, 1967. V. 216, P. 142 - 143.

60. Kobayasi T. and Inaba H. Spectral Analysis of Atmospheric Nitrogen by Laser-Raman Radar // Opto-electronics. 1970. V. 17. p. 139.

61. Inaba H. and Kobayasi T. Laser-Raman scattering methods for remote detection and analysis of atmospheric pollution // Opto-electronics. 1972. V. 4. P. 101-123.

62. Kobayasi T., Takemura M., Shimizu M., and Inaba H. TEA UV nitrogen laser and its application to high-sensitive remote pulsed-Raman spectroscopy of atmospheric pollutants // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1972. V. 8. P. 579-580.

63. Nakahara S., Ito K., Ito S., Fuke A., Komatsu S., Inaba H., and Kobayasi T. Detection of sulphur dioxide in stack plume by laser Raman radar // Opto-electronics. 1972. V. 4. P. 169-177.

64. Hirschfeld T., Schildkraut E. R., Tannenbaum H., and Tanenbaum D. Remote spectroscopic analysis of ppm - level air pollutants by Raman spectroscopy // Applied Physics Letters. 1973. V. 22. p. 38.

65. Rosen H., Robrish P., and Chamberlain O. Remote detection of pollutants using resonance Raman scattering // Applied optics. 1975. V. 14. № 11. P. 2703-2706.

66. Poultney S.K., Brumfield M.L., and Siviter J.H. Quantitative remote measurements of pollutants from stationary sources using Raman lidar // Applied optics. 1977. V. 16. № 12. P. 3180-3182.

67. Cohen A., Cooney J. A., and Geller K. N. Atmospheric temperature profiles from lidar measurements of rotational Raman and elastic scattering // Applied optics. 1976. V. 15. № 11. P. 2896-2901.

68. Arshinov Yu. F., Bobrovnikov S. M., Zuev V. E., and Mitev V. M. Atmospheric temperature measurements using a pure rotational Raman lidar // Applied optics. 1983. V. 22. № 19. P. 2984-2990.

69. Cooney J. A. Atmospheric temperature measurement using a pure rotational Raman lidar: comment // Applied optics. 1984. V. 23. № 5. p. 653-654.

70. Митев В., Григоров И., Симеонов В., Томов П., Георгиев П. Лидар на комбинационном рассеяние света и измерение некоторых атмосферных параметров // Оптика атмосферы и океана. 1988. Т. 1. № 3. С. 122-123.

71. Nedelikovich D., Hauchecorne A., Chanin M.L. Rotational Raman lidar to measure temperature from the ground to 30 km // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 1993. V. 31. N 1. P. 90-101.

72. Behrendt A., Reichardt J. Atmospheric temperature profiling in the presence of clouds with a pure rotational Raman lidar by use of an interference-filtr-based polychromator // Applied optics. 2000. V. 39. N 9. P. 1372-1378.

73. Pourny J. C., Renaut D., and Orszag A. Raman-lidar humidity sounding of the atmospheric boundary layer // Applied optics. 1979. V. 18. № 8. P. 1141-1148.

74. Renaut D., Pourny J. C., Capitini R. Daytime Raman-lidar measurements of water vapor // Optics letters. 1980. V. 5. № 6. P. 233-235.

75. Cooney J., Petri K., and Salik A. Measurements of high resolution atmospheric water-vapor profiles by use of a solar blind Raman lidar // Applied optics. 1985. V. 24. № l.P. 104-108.

76. Tomasi F. de, Torsello G., and Perrone M. R. Water-vapor mixing-ratio measurements in the solar-blind region // Optics letters. 2000. V. 25. № 10. P. 686-688.

77. Mattis I., Ansmann A., Althausen D., Jaenisch V., Wandinger U., Muller D., Arshinov Y. F., Bobrovnikov S. M., and Serikov I. B. Relative-humidity profiling in the troposphere with a Raman lidar // Applied optics. 2002. V. 41. № 30. P. 6451-6462.

78. Wang Y., Hua D., Maoa J., Wang L., Xue Y. A detection of atmospheric relative humidity profile by UV Raman lidar // Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer. 2001. V. 112. P. 214-219.

79. Dinoev T., Simeonov V., Arshinov Y. , Bobrovnikov S., Ristori P., Calpini B., Parlange M., and van den Bergh H. Raman Lidar for Meteorological Observations, RALMO - Part 1: Instrument description // Atmospheric Measurement Techniques. 2013. V. 6. P. 1329-1346.

80. Аршинов Ю.Ф., Бобровников C.M. КР-лидар для дистанционного контроля промышленных загрязнений атмосферы // Региональный мониторинг атмосферы. Ч. 2. Новые приборы и методики измерений / Под ред. М.В. Кабанова. Изд-во СО РАН, 1997. С. 112-130.

81. Аршинов Ю.Ф., Бобровников С.М., Сериков И.Б., Шелефонтюк Д.И., Шумский В.К., Базылев П.В., Луговой В.А., Столяров Н.Н. Калибровка КР-лидарного газоанализатора выбросов в атмосферу из труб предприятий с помощью удаленной газовой кюветы // Оптика атмосферы и океана. 1997. Т. 10. № 3. С. 353-359.

82. URL: http://www.andor.com/scientific-cameras

83. URL: http://www.hamamatsu.com/us/en/product/category/index.html

84. Gelbwachs J. A., Birnbaum М., Tucker A. W., and Fincher С. L. Fluorescence determination of atmospheric NO2 // Opto-electronics. 1972. V. 4. № 2. P. 155-160.

85. Tucker A. W., Petersen А. В., and Birnbaum M. Fluorescence Determination of Atmospheric NO and N02 // Applied optics. 1973. V. 12. № 9. P. 2036-2038.

86. Gelbwachs J. A., Birnbaum M. Fluorescence of Atmospheric Aerosols and Lidar Implications // Applied optics. 1973. V. 12. № 10. P. 2442-2447.

87. Бобович Я. С. Новое в дистанционной спектроскопии комбинационного рассеяния (обзор) // Квантовая электроника. 1979. Т. 6. № 11. С. 2293-2318.

88. Efremov EV, Buijs JB, Gooijer С, Ariese F. Fluorescence rejection in resonance Raman spectroscopy using a picosecond-gated intensified charge-coupled device camera // Applied Spectroscopy. 2007. V. 61. № 6. P. 571-578.

89. Matousek P., Towrie M. and Parker A. W. Fluorescence background suppression in Raman spectroscopy using combined Kerr gated and shifted excitation Raman difference techniques // Journal of Raman spectroscopy. 2002. V. 33. P. 238-242.

90. Matousek P., Towrie M., Ma C., Kwok W. M., Phillips D., Toner W. T. and Parker A. W. Fluorescence suppression in resonance Raman spectroscopy using a highperformance picosecond Kerr gate // Journal of Raman spectroscopy. 2001. V. 32. P. 983-988.

91. Arguello C. A., Mendes G. F., and Leite R. C. C. Simple Technique to Suppress Spurious Luminescence in Raman Spectroscopy // Applied Optics. 1974. V. 13. P. 1731-1732.

92. Ru E. C. L., Schroeter L. C., and Etchegoin P. G. Direct Measurement of Resonance Raman Spectra and Cross Sections by a Polarization Difference Technique // Analytical Chemistry. 2012. V. P. 5074-5079.

93. Galeener F.L. FM spectroscopy: Raman scattering and luminescence // Chemical Physics Letters. 1977. V 48. № 1. P. 7-11.

94. Levin K. H. and Tang C. L. Wavelength-modulation Raman spectroscopy // Applied Physics Letters. 1978. V. 33. № 9. P. 817-819.

95. Shreve A., Cherepy N., and Mathies R. Effective rejection of fluorescence interference in Raman spectroscopy using a shifted excitation difference technique // Applied Spectroscopy. 1992. V. 46. №. 4. P. 707-711.

96. Mosier-Boss P. A., Lieberman S. H., and Newbery R. Fluorescence Rejection in Raman Spectroscopy by Shifted-Spectra, Edge Detection, and FFT Filtering Techniques // Applied Spectroscopy. 1995. V. 49. № 5. P. 630-638.

97. Bell S. E. J., Bourguignon E. S. O., Dennis A. C., Fields J. A., McGarvey J. J., and Seddon K. R. Identification of Dyes on Ancient Chinese Paper Samples Using the Subtracted Shifted Raman Spectroscopy Method // Analytical Chemistry. 2000. V. 72. № 1. P. 234-239.

98. Zhao J., Carrabba M., and Allen F. Automated fluorescence rejection using shifted excitation Raman difference spectroscopy // Applied Spectroscopy. 2002. V. 56. № 7. P. 834-845.

99. Lieber С. A., and Mahadevan-Jansen A. Automated method for subtraction of fluorescence from biological Raman spectra // Applied Spectroscopy. 2003. V. 57. № 11. P. 1363-1367.

100. Osticioli I., Zoppi A., and Castellucci E. M. Shift-excitation Raman difference spectroscopy-difference deconvolution method for the luminescence background rejection from Raman spectra of solid samples // Applied Spectroscopy. 2007. V. 61. № 8. P. 839-844.

101. McCain S. Т., Willett R. M., and Brady D. J. Multi-excitation Raman spectroscopy technique for fluorescence rejection // Optics Express. 2008. V. 16. № 15. P. 1097510991.

102. Beier B. D. and Berger A. J. Method for automated background subtraction from Raman spectra containing known contaminants // The Analyst. 2009. V. 134. P. 11981202.

103. Martins M. A. S., Ribeiro D. G., Santos E. A. P., Martin A. A., Fontes A., and Martinho H. S. Shifted-excitation Raman difference spectroscopy for in vitro and in vivo biological samples analysis // Biomedical Optics Express. 2010. V. 1. № 2. P. 617626.

104. Asher S., Johnson C. Raman Spectroscopy of a Coal Liquid Shows That Fluorescence Interference Is Minimized with Ultraviolet Excitation // Science. 1984. V. 225. P. 311-313.

105. URL: http://n-t.ru/tp/ie/ts.htm

106. URL: http://rredc.nrel.gov/solar/spectra/amL5/

107. Сериков И.Б. Спектральная фильтрация интерферометром Фабри-Перо лидарных откликов вращательного комбинационного рассеяния света: Дис. ... канд. ф.-м. наук. Томск. 2005. - 235 с.

108. McClatchey R. A.,FennR. W., Selby J. E. A., Volz F. E., Garing J. S., Optical Properties of the Atmosphere, U. S. Air Force Cambridge Research Laboratories report AFCRL-72-0497, Hanscom Field, Massachusetts, 1972.

109. Malicet J., Daumont D., Charbonnier J., Parisse C., Chakir A., Brion J. Ozone UV spectroscopy. II. Absorption cross-sections and temperature dependence // Journal of Atmospheric Chemistry. 1995. V. 21. N 3. P. 263-273.

110. Оптическое материаловедение: курс лекций / B.C. Постников. - Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехи, ун-та, 2013. - 280 с.

111 .URL:http://www.lighting.philips.ru/pwc_li/m_ru/connect/assets/LED%201ighting %20explained.pdf

112. Аршинов Ю.Ф., Бобровников С.М., Попов А.Г., Шелефонтюк Д.И., Шумский В.К. Дальность обнаружения малых загрязняющих компонентов атмосферы в «солнечно-слепой» области спектра КР-лидаром // Оптика атмосферы и океана. 1994. Т. 7. №8. С. 1132-1138.

113. Sharpe M.R. and Irish D. Stray light in diffraction grating monochromators // Optica acta. 1978. V. 25. № 9. P. 861-893.

114. Горлов E.B. Разработка и исследование метода обнаружения паров взрывчатых веществ в атмосфере: Дис. ... канд. ф.-м. наук. Томск. 2010. - 140 с.

115. Правилов A.M. Фотопроцессы в молекулярных газах. -М.: Энергоатомиздат, 1992.-352 с.

116. URL: http://satellite.mpic.de/spectral_atlas

117. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. Москва: Мир, 1976. 541 с.

118. Oster G. К. and Marcus R. A. Photochemical Studies in Flash Photolysis. 1. Photolysis of Acetone // Journal of Chemical Physics. 1957. V. 27. № 2. P. 472-475.

119. North S. W., Blank D. A., Gezelter J. D., Longfellow C. A., and Lee Y. T. Evidence for stepwise dissociation dynamics in acetone at 248 and 193 nm // Journal of Chemical Physics. 1957. V. 102. № 11. P. 4447-4460.

120. Gierczak Т., Burkholder J. В., Talukdar R. K., MeHouki A., Barone S.B., Ravishankara A.R. Atmospheric fate of methyl vinyl ketone and methacrolein // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 1997. V. 110. P. 1-10.

121. Gierczak Т., Burkholder J. В., Bauerle S., Ravishankara A.R. Photochemistry of acetone under tropospheric conditions // Chemical Physics. 1998. V. 231. P. 229-244.

122. Liu D., Fang W.-H., Fu X.-Y. An ab initio study on photodissociation of acetone // Chemical Physics Letters. 2000. V. 325. P. 86-92.

123. Aloisio S., and Francisco J. S. The photochemistry of acetone in the presence of water// Chemical Physics Letters. 2000. V. 329. P. 179-184.

124. Warneck P. Photodissociation of acetone in the troposphere: an algorithm for the quantum yield // Atmospheric Environment. 2001. V. 35. P. 5773-5777.

125. Khamaganov V., Karunanandan R., Rodriguez A. and Crowley J. N. Photolysis of CH3C(0)CH3 (248 nm, 266 nm), CH3C(0)C2H5 (248 nm) and CH3C(0)Br (248 nm): pressure dependent quantum yields of CH3 formation // Physical Chemistry Chemical Physics. 2007. V. 9. P. 4098^113.

126. Rajakumara В., Gierczaka Т., Flada J. E., Ravishankara A.R., Burkholder J. B. The CH3CO quantum yield in the 248 nm photolysis of acetone, methyl ethyl ketone, and biacetyl // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2008. V. 199. P. 336-344.

127. Somnitz H., Ufer T. and Zellner R. Acetone photolysis at 248 nm revisited: pressure dependence of the CO and CO2 quantum yields // Physical Chemistry Chemical Physics. 2009. V. 11. P. 8522-8531.

128. Horowitz A. Wavelength dependence of the primary photodissociation processes in acetone photolysis // Journal of Chemical Physics. 1991. V. 95. № 26. P. 10816— 10823.

129. Wollenhaupt M., Carl S.A., Horowitz A., and Crowley J.N. Rate coefficients for the reaction of OH with acetone between 202 and 395 К // Journal of Physical Chemistry A. 2000. V. 104. P. 2695-2705.

130. Sharpe M. R. and Irish D. Stray light in diffraction grating monochromators // Optica acta. 1978. V. 25. № 9. P. 861-893.

131. Вайнер Ю.Г., Малявкин Jl.П., Назаров П.М. Дистанционный контроль газовых выбросов методом комбинационного рассеяния света // Метеорология и гидрология. 1980. № 12. С. 39-47.

132. Gribbin J. Science: A History (1543-2001). - London.: Penguin Books, 2003. -648 c.

133. Булдаков М.А., Королев Б.В., Матросов И.И., Попова Т.Н. Полосы обертонов в спектрах КРС азота и кислорода // Оптика и спектроскопия. 1987. Т. 63. № 4. С. 775-777.

134. Жарков В.И., Бобровников С.М., Горлов Е.В., Патент (Россия) № 134648. Лидарная система для дистанционного измерения концентраций загрязняющих веществ в атмосфере, номер заявки: № 2013132226 (от 11 июля 2013 г.)

135. Резнев A.A., Максимов Е.М., Передерий А.Н., Степанов И.В., Сакович Г.В., Бобровников С.М., Ворожцов А.Б., Горлов Е.В., Жарков В.И., Панченко Ю.Н., Максименко Е.В., Павленко A.A. Патент (Россия) № 123527. Лидарная система для дистанционного обнаружения паров взрывчатых веществ в атмосфере, номер заявки: № 2011153625 (от 27 декабря 2011 г.).

136. Малышев, В.И. Введение в экспериментальную спектроскопию / В.И. Малышев. - М.: Наука, 1979. - 480 с.

137. URL: http://www.horiba.com/scientific/products/diffraction-gratings/

138. URL: http://www.thorlabs.de/navigation.cfm?guide_id=9

139. Ершов A.B., Машин А.И. Многослойные оптические покрытия. Проектирование, материалы, особенности технологии получения методом электроннолучевого испарения. Учебно-методический материал по программе повышения квалификации «Новые материалы электроники и оптоэлектроники для информационно-телекомуникационных систем». Нижний Новгород. 2006. 99 с.

140. URL: http://www.elektrosteklo.ru/Al_rus.htm

141. Зуев В.Е. Лазерное зондирование индустриальных аэрозолей / Зуев В.Е., Кауль Б.В., Самохвалов И.В. и др. - Новосибирск: Наука, 1986.

142. Burris J., McGee Т. J., and Heaps W. UV Raman Cross Sections in Nitrogen // Applied Spectroscopy. 1992. V. 46. №. 6, P. 1075.

143. Гигиенические нормативы «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны». ГН 2.2.5.1313-03. М., 2003.

144. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения, М.: 2000, С. 480.

145. Ван дер Варден Б.Л. Математическая статистика, М., ИЛ, 1960, С. 436.

146. Панченко Ю.Н., Андреев М.В., Бобровников С.М., Горлов Е.В., Дударев В.В., Иванов Н.Г., Лосев В.Ф.,Павлинский A.B., Пучикин A.B., Жарков В.И. Узкополосная перестраиваемая лазерная система для лидарного комплекса // Известия вузов. Физика. 2012. Т. 55. № 6. С. 13-18.

147. Бобровников С.М., Горлов Е.В., Жарков В.И. СКР-лидар для мониторинга загрязнений окружающей среды // Известия вузов. Физика.-2012.-№9/2. С. 279281.

148. Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Zharkov V.l. Deep UV Raman lidar gas analyzer

th

for environment monitoring // Materials of 26 International Laser Radar Conference, 25-29 June 2012. Porto Heli, Greece, P. 215-217.

149. Бобровников C.M., Горлов E.B., Жарков В.И. Экспериментальная оценка чувствительности СКР-лидара при использовании среднего УФ диапазона длин волн // Оптика атмосферы и океана. 2013. Т. 26, № 1. С. 70-74.

133. Булдаков М.А., Королев Б.В., Матросов И.И., Попова Т.Н. Полосы обертонов в спектрах КРС азота и кислорода // Оптика и спектроскопия. 1987. Т. 63. № 4. С. 775-777.

150. URL: http://rruff.info/

151. URL: http://riodb01 .ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi

152. Бобровников C.M., Горлов Е.В., Жарков В.И. Дистанционное обнаружение паров взрывчатых веществ в атмосфере // Известия вузов. Физика. - 2010. - № 9/3.-С. 32-34.

153. Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Zharkov V.l., Panchenko Yu.N. Remote detection of explosive vapors in the air // Materials of 25th International Laser Radar Conference, 5-9 July 2010. St.Petersburg, Russia. P. 110-111.

154. Бобровников C.M., Горлов E.B., Жарков В.И. Лидар для обнаружения взрывчатых веществ // Известия вузов. Физика.-2012.-№9/2. С. 276-279.

155. Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Zharkov V.l., Panchenko Yu.N. Scanning UV lidar for explosives detection // Materials of 26th International Laser Radar Conference, 25-29 June 2012. Porto Heli, Greece, P. 257-260.

156. Comanescu G., Manka С. К., Grun J., Nikitin S., and Zabetakis D. Identification of Explosives with Two-Dimensional Ultraviolet Resonance Raman Spectroscopy // Applied spectroscopy. 2008. V. 62. № 8. P. 833-839.

157. Pettersson A., Wallin S., Ôstmark H., Ehlerding A., Johansson I., Nordberg M., Ellis H., Al-Khalili A. Explosive standoff detection using Raman spectroscopy: from bulk towards trace detection // Proc. of SPIE. 2010. V. 7664. 7664IK.

158. Carter J. C., Angel S. M., Lawrence-Snyder M., Scaffidi J., Whipple R. E., and Reynolds J. G. Standoff Detection of High Explosive Materials at 50 Meters in Ambient Light Conditions Using a Small Raman Instrument // Applied spectroscopy. 2005. V. 59. № 6. P. 769-775.

159. Jander P. and Noll R. Automated Detection of Fingerprint Traces of High Explosives Using Ultraviolet Raman Spectroscopy // Applied spectroscopy. 2009. V. 63. № 5. P. 559-563.

160. Ôstmark H., Nordberg M., and Carlsson T. E. Stand-off detection of explosives particles by multispectral imaging Raman spectroscopy // Applied Optics. 2011. V. 50. № 28. P. 5592-5599.

161. Jennifer R. Verkouteren M.S. Particle Characteristics of Trace High Explosives: RDX and PETN // Journal of Forensic Sciences. 2007. V. 52. № 2. P. 335-340.

162. Chyba T. H., Higdon N. S., Armstrong W. T., Lobb C. T., Richter D. A., Ponsardin P. L., Kelly B. P., Bui Q., Babnick R., and Marsh W. Laser interrogation of surface agents (LISA) for standoff sensing of chemical agents // 21st International Laser Radar Conference (ILRC) Quebec, Canada, 2002.

163. Moros J., Lorenzo J. A., Novotny K. and Laserna J. J. Fundamentals of stand-off Raman scattering spectroscopy for explosive fingerprinting // Journal of Raman Spectroscopy. 2013. V. 44. P. 121-130.

164. Скворцов Л.А. Дистанционное обнаружение взрывчатых веществ с помощью методов активного формирования спектральных изображений // Квантовая электроника. 2011. Т. 41. № 12. С. 1051-1060.

165. Скворцов JI.А. Лазерные методы обнаружения следов взрывчатых веществ на поверхностях удаленных объектов // Квантовая электроника. 2012. Т. 42. № 1. С. 1-11.

166. Исследование лидарных методов дистанционного обнаружения следов азотосодержащих взрывчатых веществ на одежде и коже человека, поверхности ручной клади и багажа в условиях интенсивного пассажиропотока [Текст]: отчет о НИР (промежуточ.) / ИПХЭТ СО РАН; рук. Сакович Г.В.; исполн.: Ворожцов А.Б., Бобровников С.М., Горлов Е.В., Жарков В.И. [и др.]. - Бийск, 2013. - 294 с. -Библиогр.: с. 244-257. - Инв. № О-370.

167. Seuthe T., Grehn M., Mermillod-Blondin A., Eichler H. J., Bonse J., and Eberstein M. Structural modifications of binary lithium silicate glasses upon femtosecond laser pulse irradiation probed by micro-Raman spectroscopy // Optical materials express. 2013. V. 3. №6. P. 755-764.

168. Gaft M., Nagli L. UV gated Raman spectroscopy for standoff detection of explosives // Optical Materials. 2008. V. 30. P. 1739-1746.