Лазерно-искровая спектроскопия
Иллюстрация результатов проекта
«Разработка фундаментальных основ комбинированного лазерного и ультразвукового зондирования микронеоднородных жидкостей для задач спектроскопии элементного и размерного состава микро и нановзвесей»
Целью проекта является разработка фундаментальных основ комбинированного лазерного и ультразвукового зондирования микронеоднородных жидкостей для задач спектроскопии элементного и размерного состава микро и нановзвесей с приложением к спектроскопическому изучению состава различных веществ в морской воде. В проекте впервые исследовано и показано, что наблюдается резкое возрастание интенсивности спектральных линий элементов, растворенных в воде (водные растворы солей различной концентрации), а также находящихся в форме тонких микровзвесей, при лазерном пробое в поле мощного ультразвука.
Впервые были получены спектральные линии химических элементов, таких как калий, кобальт, алюминий марганец и натрий в зависимости от частоты и мощности ультразвука. Впервые представлены экспериментальные результаты оптического пробоя при двухимпульсном и одноимпульсном возбуждении в поле ультразвука. Показана эффективность использования ультразвука для регистрации следовых концентраций в жидкости при одноимпульсном возбуждении жидкости, сравнимая с эффектом двухимпульсного оптического пробоя. Выявлено, что положительный эффект воздействия ультразвука на спектроскопические параметры растворенных веществ наиболее ярко выявляется только на определенных временах разлета вещества после оптического пробоя.
Полученный результат предположительно имеет также большое прикладное значение, так как позволяет повысить чувствительности ЛИС на основе комбинированного метода лазерной и ультразвуковой искровой спектроскопии. С целью изучения динамики пузырьков и генерации эмиссионного акустического излучения из областей взаимодействия лазерного и ультразвукового облучения, были проведены теоретические оценки и проведено численное моделирование, которые показали, что ультразвук способен уменьшить пороги и ускорить динамику роста пузырьков.
Зависимость интенсивности линий ионов Ca на длине волны 393,4 и 396,8 нм и Mn на длине волны 403 нм от двойного лазерного импульса и совместного одноимпульсного лазерного излучения и ультразвуком соответственно.
Для успешного проведения исследований важное значение имело формирование временных задержек между оптическими и ультразвуковыми импульсами для усиления совместного воздействия на конденсированные среды, а также выбор частотного диапазона, мощности ультразвука и их практического воплощения в ультразвуковые излучатели различной конфигурации (сферические, тороидальные и цилиндрические резонаторы). Разработанная экспериментальная установка и полученные оценочные результаты являются основой для проведения большого комплекса работ по спектроскопии элементного и размерного состава микро и нановзвесей при комбинированном лазерном и ультразвуком зондировании. В качестве дополнительных работ была проведена апробация метода в совместной Российско-Вьетнамской экспедиции в 88-м рейсе научно-исследовательского судна «Академик М.А. Лаврентьев» в Южно-Китайском море. Был получен большой массив данных из проб воды в глубоководной части и шельфовой зонах Южно-Китайского моря, который в настоящее время продолжает обрабатываться.
Полученные результаты соответствуют мировому уровню, что подтверждается их принятием для публикаций в статьях в научных журналах, индексируемых базами данных Web of Science и SCOPUS, а также апробацией на авторитетных международных и отечественных конференциях. Основные результаты представлены в 12 статьях, из которых 8 статей уже опубликованы и 4 статьи направлены и приняты в печать. Отдельные вопросы лазерной искровой спектроскопии при воздействии ультразвука были обсуждены на конференциях LAMLIBS-2019 и PACON-2019, информация о которых содержится в материалах этих конференций.
Резюмируя, можно сказать, что в результате проведенных исследований выявлено, что положительный эффект воздействия ультразвука на спектроскопические параметры растворенных веществ наиболее ярко проявляется на определенных временах разлета вещества после оптического пробоя. Полученный результат предположительно имеет также большое прикладное значение, так как позволяет повысить чувствительности ЛИС на основе комбинированного метода лазерной и ультразвуковой искровой спектроскопии УЛИС.