Метод регистрации и анализа спектров, полученных с использованием инфракрасного квантово-каскадного лазера

Предложен метод регистрации и анализа спектров пропускания веществ, полученных с использованием квантово-каскадного лазера. Описана экспериментальная установка для регистрации инфракрасных спектров пропускания веществ с использованием квантово-каскадного лазера. Приведены примеры полученных экспериментальных спектров пропускания нескольких тестовых веществ. Описан метод идентификации и восстановления концентраций веществ по экспериментальным данным. Приведена оценка погрешности восстановления концентраций нескольких тестовых веществ, а также сравнительная оценка полученных результатов с результатами другого метода спектрального количественного анализа. Показано, что в исследованном диапазоне концентраций разность расчетных значений концентраций не превышает 3σ. На основании проведенных исследований сделан вывод об эффективности предложенного метода регистрации и анализа инфракрасных спектров пропускания для решения задач дистанционной идентификации и восстановления концентраций различных веществ

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант № 16-29-09625)

Литература

[1] Морозов А.Н., Светличный С.И. Основы фурье-спектрорадиометрии. М.: Наука, 2014. 456 с.

[2] Панорамный фурье-спектрорадиометр ПХРДД-4 / И.С. Голяк, Ил.С. Голяк, А.О. Карфидов и др. // Приборы и техника эксперимента. 2014. № 6. С. 119–120.

[3] Результаты экспериментальных исследований панорамного инфракрасного фурье-спектрорадиометра / С.В. Башкин, А.Ю. Бойко, В.Н. Корниенко и др. // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2016. № 2. С. 51–54. DOI: 10.18698/1812-3368-2016-2-51-64

[4] Identification of individual and few layers of WS2 using Raman spectroscopy / A. Berkdemir, H.R. Gutierrez, A.R. Botello-Mendez, N. Perea-Lopez, et al. // Scientific Reports. 2013. № 3. Art. 1755. DOI: 10.1038/srep01755

[5] Рамановский спектрометр на основе статического интерферометра Майкельсона / Е.Б. Винтайкин, Н.С. Васильев, И.С. Голяк и др. // Известия РАН. Энергетика. 2016. № 6. С. 144–152.

[6] Thiol-thione tautometric analysis, spectroscopic (FT-IR, Laser-Raman, NMR and UV-vis) properties and DFT computations of 5-(3-pyridyl)-4H-1,2,4-triazole-3-thiol molecule / H. Gokce, N. Ozturk, U. Ceyla, Ye.B. Alpaslan, G. Alpaslan // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2016. Vol. 163. P. 170–180. DOI: 10.1016/j.saa.2016.03.041

[7] External cavity-quantum cascade laser infrared spectroscopy for secondary structure analysis of proteins at low concentrations / A. Schwaighofer, M.R. Alcaraz, C. Araman, H. Goicoechea, B. Lendl // Scientific Reports. 2016. No. 6. Art. 33556. DOI: 10.1038/srep33556

[8] Active and passive infrared spectroscopy for the detection of environmental threats / E.R. Deutsch, P. Kotidis, N. Zhu, A.K. Goyal, et al. // Proc. Advanced Environmental, Chemical, and Biological Sensing Technologies XI. 2014. Vol. 9106. Art. 91060A. DOI: 10.1117/12.2058544

[9] Волков В.Г. Квантово-каскадные лазеры и их применение в системах обеспечения безопасности и связи // Системы управления, связи и безопасности. 2016. № 1. С. 10–41.

[10] Козинцев В.И., Белов М.Л., Городничев В.А., Федоров Ю.В. Лазерный оптико-акустический анализ многокомпонентных газовых смесей. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. 351 с.

[11] Канатников А.Н., Крищенко А.П. Линейная алгебра. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 387 с.

[12] Цей P., Шумофон М.М. Число обусловленности матрицы как показатель устойчивости при решении прикладных задач // Труды ФОРА. 2011. № 16. С. 61–67.

[13] Pearson K. Note on regression and inheritance in the case of two parents // Proc. Royal Society of London. 1895. Vol. 58. P. 347–352. DOI: 10.1098/rspl.1895.0041

[14] Статистическая оценка вероятности правильного обнаружения веществ в ИК фурье-спектрометрии / А.Н. Морозов, И.В. Кочиков, А.В. Новгородская, А.А. Сологуб, И.Л. Фуфурин // Компьютерная оптика. 2015. Т. 39. № 4. С. 614–621. DOI: 10.18287/0134-2452-2015-39-4-614-621