Способ одновременного определения концентрации молекул со и co2 в газообразной среде и устройство для одновременного определения концентрации молекул со и co2 в газообразной среде

Изобретение относится к области лазерной спектроскопии и спектрального анализа и может быть использовано для одновременной диагностики абсолютного и относительного содержания окислов углерода CO и CO2 в газообразной среде, для мониторинга содержания окислов углерода СО и CO2 например, в выдыхаемом воздухе, в атмосфере, в частности для биомедицинской диагностики. Для анализа используются линии поглощения CO и CO2, попадающие в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым полупроводниковым лазером, и не перекрывающиеся с линиями поглощения паров воды. Оптическую частоту лазера сканируют за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока определенной амплитуды, длительности и частоты повторения. Лазерное излучение пропускают через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с определенной длиной оптического пути. Изобретение позволяет одновременно определять концентрации молекул CO и CO2 в газообразной среде. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Изобретение относится к области лазерной спектроскопии и спектрального анализа, а именно к области применения перестраиваемых полупроводниковых лазеров, и может быть использовано для одновременной диагностики абсолютного и относительного содержания окислов углерода CO и CO2 в газообразной среде, для мониторинга содержания окислов углерода CO и CO2, например, в выдыхаемом воздухе, в атмосфере, в частности для биомедицинской диагностики.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В области высокочувствительного анализа химического состава газообразных веществ актуальными являются проблемы повышения качества диагностики, а именно: точности, чувствительности, наглядности и селективности анализа исследуемых сред.

Известны изобретения, направленные на решение задач в области газового анализа, в том числе состава выдыхаемого воздуха, основанные на масс-спектрометрии, например такие, как «Медицинский прибор для анализа вдыхаемого и выдыхаемого воздуха» [1].

Данный медицинский прибор, согласно его описанию, прост в эксплуатации, но не обладает достаточной чувствительностью анализа.

Известен «Лазерный газоанализатор» [2], содержащий лазерную газоразрядную трубку, к которой подключены источник высоковольтного напряжения и блок охлаждения, расположенный на одной оптической оси с лазерной газоразрядной трубкой, блок формирования луча, выполненный в виде дифракционной решетки на пьезокорректоре, и оптикоакустическую ячейку (ОАЯ), к которой подсоединены блок забора воздуха и измерительный микрофон, пироэлектрический датчик, подключенный через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок сопряжения к входу персональной ЭВМ, отличающийся тем, что газоанализатор дополнительно содержит фоновый микрофон, расположенные на одной оптической оси с оптико-акустической ячейкой реперную коювету и дополнительный пироэлектрический датчик, подключенный аналогично основному пироэлектрическому датчику, а также дифференциальный усилитель, в блоке формирования луча дифракционная решетка и пьезокорректор расположены в тангенциальном узле, связанном с шаговым двигателем, за тангенциальным узлом установлено поворотное зеркало, направляющее излучение на входное окно ОАЯ, причем выходы измерительного и фонового микрофонов через дифференциальный усилитель подключены к АЦП, выходы блока управления соединены с соответствующими входами пьезокорректора и шагового двигателя блока формирования луча, выход персональной ЭВМ через блок сопряжения соединен с блоком управления.

Описанное в [2] устройство при всей сложности конструкции не может обеспечить сочетания требуемых аналитических характеристик, таких как чувствительность, точность и селективность, необходимых, например, для одновременного анализа нескольких газовых составляющих в анализируемой газовой среде.

Известен «Оптический газоанализатор» [3], содержащий перестраиваемый по частоте полупроводниковый лазер с устройством ввода оптического излучения в моноволокно, волоконно-оптическую линию, измерительную ячейку и оптоэлектронный преобразователь с устройством регистрации сигнала, отличающийся тем, что оптическая схема измерительной ячейки содержит вогнутое сферическое или параболическое зеркало, оптически сопряженное с выходным или входным торцом моноволокна так, что названный торец и его изображение полностью совпадают, а разделение оптического излучения, транслируемого моноволокном к измерительной ячейке и в обратном направлении к оптоэлектронному преобразователю, осуществляется посредством тонкой плоскопараллельной пластины, установленной под углом большим, чем угол полного внутреннего отражения, в котором также измерительная ячейка может быть выполнена в виде оптического волновода - алюминиевой тонкостенной трубки с полированной внутренней поверхностью, свернутой в форме цилиндрической пружины или плоской спирали. В данном оптическом газоанализаторе труднореализуема высокая концентрационная чувствительность анализа.

Таким образом, применительно к одновременному анализу нескольких газовых составляющих в анализируемой газовой смеси, например содержания CO и CO2 в выдыхаемом воздухе, все вышеуказанные устройства имеют существенные недостатки, затрудняющие решение поставленной задачи.

Известно изобретение [4] «СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗА В ГАЗОВОЙ СМЕСИ, А ТАКЖЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗА», которое касается способа, а также электрохимического чувствительного элемента для измерения концентрации по меньшей мере одного заранее заданного газа в газовой смеси с помощью оснащенного нагружаемыми первым и вторым электродами электролита, который вместе с подключенными к источнику напряжения электродами подвергается воздействию газовой смеси, причем источник напряжения вызывает протекающий через электроды и электролит электрический ток, который зависит от концентрации ионов и измеряется в виде сигнала концентрации газа. Газообразные молекулы адсорбируются в зоне первого каталитически активного электрода и электролита, которые затем расщепляются на атомы и затем или преобразуются в ионы, или после этого принимают участие в химической реакции, причем образующиеся в обоих случаях концентрации ионов зависят от каталитического действия по меньшей мере одного электрода и от измеряемой концентрации газа. Технический результат изобретения - снижение стоимости измерительных систем и способов измерения, исключение загрязнения отработанными газами, возможность измерений концентрации различных газов простым способом.

Однако при решении поставленных в нем задач, он не является достаточно точным, чувствительным и селективным к осуществляемому анализу.

Известен также [5] «ФОТОАКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ НЕУГЛЕВОДОРОДНОГО КОМПОНЕНТА В МЕТАНОСОДЕРЖАЩЕЙ ГАЗОВОЙ СМЕСИ», который относится к измерениям концентрации неуглеводородного компонента, присутствующего в метаносодержащей газовой смеси фотоакустическим способом. Фотоакустический спектр поглощения газовой смеси регистрируют в выбранном диапазоне длин волн при непрерывном пропускании газовой смеси через измерительное устройство. Полученный спектр используют для определения концентрации неуглеводородного компонента в комбинации с фотоакустическим сигналом, создаваемым опорной ячейкой, которая заполнена газом с заранее заданными свойствами.

Метаносодержащая газовая смесь и неуглеводородный компонент предпочтительно представляют собой природный газ, подаваемый в трубопровод, и водяной пар соответственно. Способ позволяет даже в промышленных условиях с высокой точностью измерять содержание водяного пара в природном газе в малых концентрациях.

Согласно описанию способ обладает достаточной точностью, однако не является достаточно чувствительным и селективным, его затруднительно использовать для одновременного анализа нескольких газообразных веществ.

Таким образом, ни одно из описанных изобретений ни в части способа, ни в части устройства не осуществляет одновременный анализ с необходимыми точностью, чувствительностью и селективностью нескольких газовых составляющих в анализируемой газовой смеси, например содержания CO и CO2 в газообразной среде, в частности в выдыхаемом воздухе, все вышеуказанные способы и устройства имеют существенные недостатки, не позволяющие достичь необходимый технический результат.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является создание способа одновременного определения концентрации молекул CO и CO2 в газообразной среде и устройства, реализующего одновременное определение концентрации молекул CO и CO2 по указанному способу, которое было бы применимо для одновременного определения содержания молекул CO и CO2 и анализа их относительного содержания в газообразной среде, и, в частности, в выдыхаемом воздухе посредством подбора такого перестраиваемого полупроводникового лазера и такого фотодиода, посредством которых одновременный анализ нескольких газовых составляющих в анализируемой газообразной среде был бы точным, чувствительным и селективным.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технический результат достигается тем, что предложены способ одновременного определения концентрации молекул CO и CO2 в газообразной среде и устройство для одновременного определения концентрации молекул CO и CO2 в газообразной среде.

1. Способ одновременного определения концентрации молекул CO и CO2 в газообразной среде, включающий измерения резонансного поглощения CO и CO2 посредством перестраиваемого полупроводникового лазера, оптическую частоту генерации которого настраивают на работу в спектральном диапазоне, в котором расположены линии поглощения, используемые для определения содержания молекул CO и CO2, оптическую частоту используемого лазера периодически сканируют в анализируемом спектральном диапазоне посредством модуляции величины тока накачки, лазерное излучение пропускают через исследуемую среду, прошедшее анализируемую среду лазерное излучение детектируют с помощью фотоприемника, регистрируют лазерный спектр пропускания среды, содержащий анализируемые линии поглощения CO и CO2, регистрируемый лазерный спектр обрабатывают, используя средства программно-аппаратного комплекса, и рассчитывают спектр коэффициента поглощения в линиях, при этом учитывают интенсивность лазерного излучения вне анализируемых линий поглощения, расчетным путем по величине резонансного поглощения в линиях определяют концентрации анализируемых молекул CO и CO2 и их относительное содержание, повышают чувствительность определения абсолютной и относительной концентрации молекул, регистрируя первую и/или вторую производные спектров пропускания молекул, а также используя многоходовые схемы прохождения излучения через анализируемую среду, при этом для одновременного анализа содержания молекул CO и CO2 в объекте спектрального анализа используют линии поглощения СО и линии поглощения CO2, попадающие в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым полупроводниковым лазером, а именно используют не перекрывающиеся с линиями поглощения паров воды линии поглощения P-ветви CO из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линии поглощения полосы 20001-01101 CO2, расположенные в спектральном диапазоне от 2100 см-1 до 2125 см-1, регистрируют спектр пропускания CO и CO2 посредством перестраиваемого полупроводникового лазера, работающего в данном спектральном диапазоне, сканируют оптическую частоту лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1, за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц, пропускают лазерное излучение через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной оптического пути от 1 до 100 метров, детектируют прошедшее через анализируемую среду лазерное излучение с помощью фотодиода, в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2, используют газообразную среду.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2, используют выдыхаемый воздух.

3. Устройство для одновременного определения концентрации молекул CO и CO2 в газообразной среде, выполненное с возможностью ввода параметров лазерной аналитической системы и запуска процесса лазерного спектрального анализа, а также с возможностью выбора спектральных и частотных характеристик лазерного излучения, температурного режима работы используемого лазера, параметров сканирования спектров, их регистрации, оцифровки, передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных, включающее в качестве используемого лазера перестраиваемый полупроводниковый лазер, выполненный с возможностью генерации монохроматического и контролируемым образом перестраиваемого по частоте оптического излучения, длина волны которого лежит в той спектральной области, в которой расположены используемые для анализа линии поглощения CO и CO2, находящихся в газообразном состоянии, включающее также систему управления, выполненную с возможностью поддержания заданных параметров, синхронизации циклов сканирования спектров, осуществления регистрации спектров, их оцифровки, а также с возможностью передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных, выдачи результатов измерений, систему термостабилизации, выполненную с возможностью настройки используемого лазера на спектральный диапазон, в котором лежат аналитические линии поглощения молекул CO и CO2, и поддержания с необходимой точностью рабочей температуры используемого лазера и его рабочей длины волны, систему накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, выполненную с возможностью генерации тока определенной амплитуды и формы, используемого для накачки используемого лазера, и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера посредством изменения амплитудных и временных параметров тока накачки, систему формирования пространственных характеристик лазерного пучка, выполненную с возможностью коллимации расходящегося излучения используемого лазера в пучок, пригодный для пропускания через исследуемый объект, и фокусировки на систему детектирования оптического излучения, выполненную с возможностью выделения в принимаемом модулированном лазерном сигнале радиочастотной составляющей, содержащей информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, и обращения ее в электрический радиочастотный сигнал, систему предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала, выполненную с возможностью предварительного усиления регистрируемого с помощью фотодетектора радиочастотного сигнала, содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды и, в случае необходимости, аналогового дифференцирования регистрируемого сигнала, систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала, выполненную с возможностью перевода аналогового радиочастотного сигнала, регистрируемого с помощью фотодетектора и содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, в цифровую форму, с возможностью считывания получаемого цифрового сигнала и передачи его в память устройства, предназначенного для накопления и хранения цифровой информации, систему обработки лазерных спектров пропускания, выполненную с возможностью обработки получаемой информации и расчета спектра коэффициента поглощения в анализируемых линиях CO и CO2 в регистрируемом диапазоне спектра, систему вывода результирующих данных, выполненную с возможностью вывода и визуализации полученных данных абсолютного и относительного содержания молекул CO и CO2 в анализируемой среде, а также других промежуточных результатов обработки спектров, отражающих изменения измеряемых параметров, при этом ввод основных параметров возможен посредством системы управления, которая выполнена с возможностью передачи информации на систему термостабилизации, накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, которая сопряжена с используемым лазером, а также на систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала и систему обработки лазерных спектров пропускания, выбор параметров системы также возможен посредством системы управления, с которой сопряжен используемый лазер, который, в свою очередь, сопряжен с системой термостабилизации и с системой формирования пространственных характеристик лазерного пучка, с которой последовательно соединены объект спектрального анализа, содержащий CO и CO2, система детектирования лазерного излучения, система предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала, система оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала, система обработки лазерных спектров пропускания, выполненная с возможностью одновременного анализа содержания молекул CO и CO2 в объекте спектрального анализа с возможностью использования линий поглощения CO и линий поглощения CO2, попадающих в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым полупроводниковым лазером, а именно с возможностью использования не перекрывающихся с линиями поглощения паров воды линий поглощения P-ветви CO из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линий поглощения полосы 20001-01101 CO2, расположенных в спектральном диапазоне от 2100 см-1 до 2125 см-1, с возможностью регистрации спектра пропускания CO и CO2 посредством перестраиваемого полупроводникового лазера, работающего в данном спектральном диапазоне, с возможностью сканирования оптической частоты лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1, за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц, с возможностью пропускания лазерного излучения через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной оптического пути от 1 до 100 метров, с возможностью детектирования прошедшего через анализируемую среду лазерного излучения с помощью фотодиода, с использованием в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2, газообразной среды.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что выполнено с возможностью использования выдыхаемого воздуха в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2.

Предлагаемый способ одновременного определения концентрации молекул CO и CO2 в газообразной среде, в частности в выдыхаемом воздухе, включает измерения резонансного поглощения молекул CO и CO2 с помощью перестраиваемого полупроводникового лазера. Оптическую частоту генерации используемого лазера настраивают на работу в спектральном диапазоне, в котором расположены линии поглощения, используемые для определения содержания молекул CO и CO2. Оптическую частоту используемого лазера периодически сканируют в анализируемом спектральном диапазоне посредством модуляции величины тока накачки, лазерное излучение пропускают через исследуемую среду. Затем прошедшее анализируемую среду лазерное излучение детектируют с помощью фотоприемника, регистрируют лазерный спектр пропускания среды, содержащий анализируемые линии поглощения CO и CO2.

Регистрируемый лазерный спектр обрабатывают, используя средства программно-аппаратного комплекса, и рассчитывают спектр коэффициента поглощения в линиях, при этом учитывают интенсивность лазерного излучения вне анализируемых линий поглощения, далее расчетным путем по величине резонансного поглощения в линиях определяют концентрации анализируемых молекул CO и CO2, а также относительное их содержание.

Для повышения чувствительности определения абсолютной и относительной концентрации молекул регистрируют первую и/или вторую производные спектров пропускания молекул.

Для повышения чувствительности определения абсолютной и относительной концентрации молекул также используют многоходовые схемы прохождения излучения через анализируемую среду.

Для одновременного анализа содержания молекул CO и CO2 в объекте спектрального анализа используют линии поглощения CO и линии поглощения CO2, попадающие в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым полупроводниковым лазером, а именно используют не перекрывающиеся с линиями поглощения паров воды линии поглощения P-ветви CO из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линии поглощения полосы 20001-01101 CO2, расположенные в спектральном диапазоне от 2100 см-1 до 2125 см-1, регистрируют спектр пропускания CO и CO2 посредством перестраиваемого полупроводникового лазера, работающего в данном спектральном диапазоне, сканируют оптическую частоту лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1, за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц, пропускают лазерное излучение через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду с длиной оптического пути от 1 до 100 метров, детектируют прошедшее через анализируемую среду лазерное излучение с помощью фотодиода, в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2, используют газообразную среду, в частности выдыхаемый воздух.

Объект спектрального анализа, содержащий CO и CO2, может находиться как в открытой атмосфере, так и в герметичном объеме и предназначен для измерения его спектров пропускания в используемом спектральном диапазоне и определения в нем абсолютного и относительного содержания молекул CO и CO2.

В предлагаемом способе в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2, используют газовую среду, в частности выдыхаемый воздух.

Для реализации предлагаемого способа предложено устройство для одновременного определения концентрации молекул CO и CO2, схема которого представлена на Фиг.1, которое включает следующие основные элементы с указанием их позиций на схеме.

Используемый лазер - перестраиваемый полупроводниковый лазер, позиция на схеме - 3

Предназначен для генерации монохроматического и контролируемым образом перестраиваемого по частоте оптического излучения, длина волны которого лежит в спектральной области, где расположены используемые для анализа линии поглощения CO и CO2, находящиеся в газообразном состоянии.

Система управления - 4

Предназначена для поддержания заданных параметров системы, синхронизации циклов сканирования спектров, осуществления регистрации спектров и их оцифровки, а также передачи, буферирования, хранения и обработки спектральных данных и выдачи результата измерений.

Система термостабилизации - 5

Предназначена для настройки перестраиваемого полупроводникового лазера на спектральный диапазон, в котором лежат аналитические линии поглощения CO и CO2, и поддержания с необходимой точностью рабочей температуры лазера и его рабочей длины волны.

Система накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения перестраиваемого полупроводникового лазера - 6

Предназначена для генерации тока определенной амплитуды и формы, используемого для накачки перестраиваемого полупроводникового лазера, и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого перестраиваемого полупроводникового лазера посредством изменения амплитудных и временных параметров тока накачки.

Система формирования пространственных характеристик лазерного пучка - 7

Предназначена для коллимации расходящегося излучения перестраиваемого полупроводникового лазера в пучок, пригодный для пропускания через исследуемый объект, и фокусировки на устройство детектирования оптического излучения.

Система детектирования лазерного излучения - 9

Предназначена для выделения в принимаемом модулированном лазерном сигнале радиочастотной составляющей, содержащей информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, и обращения ее в электрический радиочастотный сигнал.

Система предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала - 10

Предназначена для предварительного усиления регистрируемого с помощью фотодетектора радиочастотного сигнала, содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды и, если необходимо, для аналогового дифференцирования регистрируемого сигнала.

Система оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала - 11

Предназначена для перевода аналогового радиочастотного сигнала, регистрируемого с помощью фотодетектора и содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, в цифровую форму, считывания получаемого цифрового сигнала и передачи его в память электронного устройства, предназначенного для накопления и хранения цифровой информации.

Система обработки лазерных спектров пропускания - 12

Предназначена для обработки получаемой информации и расчета спектра коэффициента поглощения в аналитических линиях CO и CO2 в регистрируемом диапазоне спектра.

Система вывода промежуточных 13 и результирующих 14 данных

Предназначена для вывода и визуализации полученных данных в виде численного значения абсолютного и относительного содержания молекул CO и CO2 в анализируемой среде, а также и других промежуточных результатов обработки спектров, кривой на мониторе или экране, отражающей изменения измеряемых величин со временем, и/или в виде файла, содержащего последовательность цифровых данных по абсолютному и относительному содержанию молекул CO и CO2 в анализируемой среде и другим промежуточным результатам.

Объект спектрального анализа 8, содержащий CO и CO2, находящийся в открытой атмосфере или в герметичном объеме, снабженном устройствами ввода и вывода излучения и напуска анализируемой среды. Предназначен для измерения его спектров пропускания в используемом спектральном диапазоне и определения в нем абсолютного и относительного содержания молекул CO и CO2.

Предлагаемое устройство для одновременного определения концентрации молекул CO и CO2 выполнено:

- с возможностью ввода параметров лазерной аналитической системы и запуска процесса лазерного спектрального анализа - позиция на схеме устройства - 1,

- с возможностью выбора спектральных и частотных характеристик лазерного излучения, с возможностью выбора температурного режима работы используемого лазера, с возможностью выбора параметров сканирования спектров, их регистрации, оцифровки, передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных - позиция на схеме устройства - 2 посредством системы управления 4.

Предлагаемое устройство для одновременного определения концентрации молекул CO и CO2 в газообразной среде включает:

- в качестве используемого лазера - перестраиваемый полупроводниковый лазер, выполненный с возможностью генерации монохроматического и контролируемым образом перестраиваемого по частоте оптического излучения, длина волны которого лежит в той спектральной области, в которой расположены используемые для анализа линии поглощения CO и CO2, находящихся в газообразном состоянии,

- систему управления, выполненную с возможностью поддержания заданных параметров, синхронизации циклов сканирования спектров, осуществления регистрации спектров, их оцифровки, а также с возможностью передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных, выдачи результатов измерений,

- систему термостабилизации, выполненную с возможностью настройки используемого лазера на спектральный диапазон, в котором лежат аналитические линии поглощения CO и CO2, и поддержания с необходимой точностью рабочей температуры используемого лазера и его рабочей длины волны,

- систему накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, выполненную с возможностью генерации тока определенной амплитуды и формы, используемого для накачки перестраиваемого полупроводникового лазера, и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера посредством изменения амплитудных и временных параметров тока накачки,

- систему формирования пространственных характеристик лазерного пучка, выполненную с возможностью коллимации расходящегося излучения используемого лазера в пучок, пригодный для пропускания через исследуемый объект, и фокусировки на систему детектирования,

- систему детектирования оптического излучения, выполненную с возможностью выделения в принимаемом модулированном лазерном сигнале радиочастотной составляющей, содержащей информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, и обращения ее в электрический радиочастотный сигнал,

- систему предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала, выполненную с возможностью предварительного усиления регистрируемого с помощью фотодетектора радиочастотного сигнала, содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды и, в случае необходимости, аналогового дифференцирования регистрируемого сигнала,

- систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала, выполненную с возможностью перевода аналогового радиочастотного сигнала, регистрируемого с помощью фотодетектора и содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, в цифровую форму, с возможностью считывания получаемого цифрового сигнала и передачи его в память устройства, предназначенного для накопления и хранения цифровой информации,

- систему обработки лазерных спектров пропускания, выполненную с возможностью обработки получаемой информации и расчета спектра коэффициента поглощения в анализируемых линиях CO и CO2 в регистрируемом диапазоне спектра,

- систему вывода результирующих данных, выполненную с возможностью вывода и визуализации полученных данных абсолютного и относительного содержания молекул CO и CO2 в анализируемой среде, а также других промежуточных результатов обработки спектров, отражающих изменения измеряемых параметров.

Ввод основных параметров возможен посредством системы управления, которая выполнена с возможностью передачи информации на систему термостабилизации, накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, которая сопряжена с используемым лазером, а также на систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала и систему обработки лазерных спектров пропускания.

Выбор параметров системы также возможен посредством системы управления, с которой сопряжен используемый лазер.

Используемый лазер сопряжен с системой термостабилизации и с системой формирования пространственных характеристик лазерного пучка, с которой последовательно соединены:

- объект спектрального анализа, содержащий CO и CO2,

- система детектирования лазерного излучения,

- система предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала,

- система оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала,

- система обработки лазерных спектров пропускания.

Система обработки лазерных спектров пропускания выполнена с возможностью одновременного анализа содержания молекул CO и CO2 в объекте спектрального анализа с возможностью использования линий поглощения CO и линий поглощения CO2, попадающих в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым полупроводниковым лазером, а именно с возможностью использования не перекрывающихся с линиями поглощения паров воды линий поглощения линии поглощения P-ветви CO из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линий поглощения полосы 20001-01101 CO2, расположенных в спектральном диапазоне от 2100 см-1 до 2125 см-1, с возможностью регистрации спектра пропускания CO и CO2 посредством перестраиваемого полупроводникового лазера, работающего в данном спектральном диапазоне, с возможностью сканирования оптической частоты лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1, за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц, с возможностью пропускания лазерного излучения через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной оптического пути от 1 до 100 метров, с возможностью детектирования прошедшего через анализируемую среду лазерного излучения с помощью фотодиода, с использованием в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2, газообразной среды, а также с возможностью использования выдыхаемого воздуха в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2.

Пример одновременного определения концентрации молекул CO и CO2 в газообразной среде.

Посредством системы управления вводят основные параметры системы, такие как: рабочая температура лазера, ток накачки лазера, режим модуляции оптической частоты лазера, режим регистрации и оцифровки детектируемого сигнала, параметры обработки спектров пропускания, режим вывода и визуализации получаемых результатов. С ее помощью осуществляют также поддержание перечисленных выше заданных параметров системы, поддержание и синхронизацию циклов сканирования спектров, их регистрации, оцифровки, передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных и выдачи результата измерений. Система термостабилизации рабочей температуры используемого в примере лазера - перестраиваемого полупроводникового лазера - представляет собой совокупность электронной системы автоматического управления и термостата, включающего датчики температуры, активный нагревательный элемент и охлаждающий элемент. Вблизи комнатных температур в качестве последних может, например, использоваться электрический холодильник типа Пельте, а при криогенных температурах, например, система на основе заливного азотного криостата. Системой термостабилизации температуру теплообменника, на котором смонтирован лазер, поддерживают около заданного значения, которое зависит от параметров лазера и может лежать в диапазоне температур жидкого азота или комнатных температур. Система накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения перестраиваемого полупроводникового лазера представляет собой источник периодически повторяющихся импульсов тока, имеющих определенную частоту повторения, определенную длительность импульсов, определенную амплитуду тока. В качестве лазера используют перестраиваемый полупроводниковый лазер, работающий в данном спектральном диапазоне, с возможностью сканирования оптической частоты лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1, за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц.

Накачка такого лазера токовыми импульсами с определенными параметрами позволяет получить перестройку частоты в течение одного импульса, что достаточно для регистрации в одном импульсе двух линий поглощения, одна из которых принадлежит CO, а другая - CO2.

Для формирования пространственных характеристик лазерного пучка применяют объектив, фокусирующий излучение на чувствительную площадку фотодетектора. Лазерное излучение пропускают через многоходовую оптическую кювету с определенной длиной оптического пути в интервале значений от 1 до 100 метров, снабженную окошками и устройствами напуска анализируемой среды, в которой находится объект спектрального анализа, содержащий молекулы CO и CO2.

Для детектирования лазерного излучения в указанных в примере диапазонах используют фотодиод с определенным диаметром чувствительной площадки и определенным быстродействием. С его помощью производят регистрацию лазерного излучения, в результате из принимаемого модулированного лазерного сигнала выделяют радиочастотную составляющую, содержащую информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, и обращают в электрический радиочастотный сигнал, затем осуществляют предварительное усиление регистрируемого с помощью фотодетектора радиочастотного сигнала, содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды посредством токового усилителя, выполненного, например, на основе стандартных дифференциальных усилителей.

При необходимости, одновременно с усилением регистрируемого сигнала производят его аналоговое дифференцирование, далее осуществляют перевод аналогового радиочастотного сигнала, регистрируемого с помощью фотодетектора и содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, в цифровую форму, считывание получаемого цифрового сигнала и передачу его в память программно-аппаратного комплекса, предназначенную для накопления и хранения цифровой информации. Система обработки лазерных спектров пропускания, например компьютерная программа, осуществляет поддержку работы всего программно-аппаратного комплекса. С его помощью осуществляют математическую обработку получаемой цифровой информации - спектров пропускания - позволяющую рассчитывать спектр коэффициента поглощения в аналитических линиях CO и CO2 в регистрируемом диапазоне спектра. С помощью системы расчета абсолютного и относительного содержания молекул CO и CO2 в анализируемой среде осуществляют расчет концентрации молекул CO и CO2 в анализируемой среде, а также их относительного содержания. С помощью системы вывода результирующих данных системы осуществляют вывод и визуализацию поученных данных в виде численного значения абсолютного и относительного содержания молекул CO и CO2 в анализируемой среде, кривой на мониторе или экране, отражающей изменения измеряемой величины со временем, и/или в виде файла, содержащего последовательность цифровых данных по абсолютному и относительному содержанию молекул CO и CO2 в анализируемой среде.

В примере для одновременного анализа содержания молекул CO и CO2 в объекте спектрального анализа используют линии поглощения CO и линии поглощения CO2, попадающие в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым полупроводниковым лазером, а именно используют не перекрывающиеся с линиями поглощения паров воды линии поглощения P-ветви СО из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линии поглощения полосы 20001-01101 CO2, расположенные в спектральном диапазоне от 2100 см-1 до 2125 см-1, регистрируют спектр пропускания CO и CO2 посредством перестраиваемого полупроводникового лазера, работающего в данном спектральном диапазоне, сканируют оптическую частоту лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1, за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц, пропускают лазерное излучение через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной оптического пути от 1 до 100 метров, детектируют прошедшее через анализируемую среду лазерное излучение с помощью фотодиода, в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2, используют газообразную среду, в частности выдыхаемый воздух.

На Фиг.2 для одновременного анализа содержания молекул CO и CO2 и их относительной концентрации в выдыхаемом воздухе используют линии поглощения P-ветви CO из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линии поглощения «горячей» полосы 20001-01101 CO2, расположенные в спектральном интервале от 2100 см-1 до 2125 см-1. Для селективного анализа наиболее удобна линия поглощения P(8) CO, с частотой центра 2111.8 см-1 и рядом с ней расположенная линия CO2. Спектр пропускания CO и CO2 регистрируется с помощью перестраиваемого полупроводникового лазера, работающего в данном спектральном диапазоне. Сканируют оптическую частоту лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1, например от 3 см-1, за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, для примера используют амплитуду 100 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс, например, 2.5 мс и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц, например, 120 Гц. Лазерное излучение пропускают через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной оптического пути от 1 до 100 метров, например 15 метров. Прошедшее через анализируемую среду лазерное излучение детектируют с помощью фотодиода и регистрируют лазерный спектр пропускания среды, содержащий исследуемые линии поглощения CO и CO2. Используя средства программно-аппаратного комплекса, регистрируемый спектр оцифровывают и рассчитывают спектр коэффициента поглощения анализируемой среды, из которого определяют концентрации молекул CO и CO2 и их относительное содержание.

На Фиг.2 представлен лазерный спектр пропускания выдыхаемого воздуха, содержащего CO и CO2, вблизи 2112 см-1, как частный случай, описанный в примере.

А-спектр пропускания выдыхаемого воздуха, регистрируемый с помощью диодного лазера, длина волны излучения соответствует частоте излучения 2112 см-1, указаны линия CO и справа от нее линия CO2, параметры лазерного импульса: длительность импульса, частота повторения, амплитуда тока накачки, длина оптического пути, содержание CO, относительное содержание CO2.

Б-спектр коэффициента поглощения CO и CO2, получаемый в результате обработки лазерного спектра пропускания (А) и используемый для вычисления относительного содержания анализируемых веществ.

Для того чтобы повысить чувствительность устройства для определения относительной концентрации молекул CO и CO2, регистрируют и применяют первую и/или вторую производные спектров пропускания CO и CO2. Для этого в системе предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала используют дифференциальное усиление детектируемого с помощью фотодетектора радиочастотного сигнала или дополнительный фильтр высоких частот, настроенный на требуемый радиочастотный диапазон, позволяющие получить на выходе системы предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала аналоговый сигнал, соответствующий первой или второй производным спектра пропускания. При этом искомые концентрации молекул CO и CO2 пропорциональны размаху резонансных особенностей, образуемых первой или второй производными линий поглощения CO и CO2 и интенсивностям лазерного излучения на частотах резонансного поглощения в линиях CO и CO2, которые учитывают при проведении вычислений. В этом случае для расчета абсолютного и относительного содержания молекул CO и CO2 в исследуемой среде систему обработки лазерных спектров пропускания настраивают на работу со спектрами производных линий поглощения. При низком содержании молекул CO и CO2 в исследуемой газовой среде результат получается более точным.

Для повышения чувствительности определения абсолютной и относительной концентрации молекул CO и CO2 используют многоходовые оптические схемы пропускания лазерного излучения через анализируемую среду, позволяющие увеличить величину резонансного поглощения в линиях CO и CO2 при сохранении габаритов оптической кюветы. В этом случае при низком содержании молекул CO и CO2 в исследуемой среде результат также получается более точным.

Таким образом, достигнут технический результат созданием способа одновременного определения концентрации молекул CO и CO2 в газообразной среде и устройства, реализующего одновременное определение концентрации молекул CO и CO2 по указанному способу, которое применимо для одновременного определения содержания молекул CO и Co2 и анализа их относительного содержания в газообразной среде и, в частности, в выдыхаемом воздухе посредством подбора такого перестраиваемого полупроводникового лазера и такого фотодиода, посредством которых одновременный анализ нескольких газовых составляющих в анализируемой газообразной среде является точным, чувствительным и селективным.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Предложенные изобретения промышленно применимы в области лазерной спектроскопии и анализа, а именно в области применения полупроводниковых лазеров, и могут быть использованы для диагностики и анализа абсолютного и относительного содержания окислов углерода в газообразной среде посредством перестраиваемых полупроводниковых лазеров, в частности для определения абсолютного и относительного содержания молекул CO и CO2 в выдыхаемом воздухе, в атмосфере, например для целей биомедицинской диагностики. Изобретения применимы для одновременного определения содержания молекул CO и CO2 и анализа их относительного содержания в газообразной среде и, в частности, в выдыхаемом воздухе, с возможностью использования линий поглощения CO и линий поглощения CO2, попадающих в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым полупроводниковым лазером, а именно с возможностью использования не перекрывающихся с линиями поглощения паров воды линий поглощения определенных линий поглощения CO и линий поглощения CO2, расположенных в определенном спектральном диапазоне, с возможностью регистрации спектра пропускания CO и CO2 посредством перестраиваемого полупроводникового лазера, работающего в определенном спектральном диапазоне, с возможностью сканирования оптической частоты лазера в определенном спектральном диапазоне, за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока определенной амплитуды, длительности и частотой повторения, с возможностью пропускания лазерного излучения через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с определенно длиной оптического пути, с возможностью детектирования прошедшего через анализируемую среду лазерного излучения с помощью подобранного фотодиода, с использованием, в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2, газообразной среды, в том числе выдыхаемого воздуха

Спектр применения указанных изобретений довольно широк: для неинвазивной медицинской диагностики, для контроля и управления процессами горения в энергетических установках. Описанные способ и устройство, реализующее указанный способ, предназначены для широкого применения в биотехнологии, в медицине, в фармацевтике, энергетике и других областях народного хозяйства.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Описание к авт.св. №293378, A61B 5/00. Публ. 28.08.1973 г.

2. Патент РФ №2082960, МПК 6 G01N 21/37. Публ. 1997.06.27.

3. Патент РФ №2278371 МПК (2006.01) G01N 21/61. Публ. 20063.06.20.

4. Патент РФ №2143679 МПК 6 G01N 27/407. Публ. 1999.12.27.

5. Патент РФ №2336518, МПК G01N 21/37 (2006.01). Публ. 2008.10.20.

1. Способ одновременного определения концентрации молекул CO и CO2 в газообразной среде, включающий измерения резонансного поглощения CO и CO2 посредством перестраиваемого полупроводникового лазера, оптическую частоту генерации которого настраивают на работу в спектральном диапазоне, в котором расположены линии поглощения, используемые для определения содержания молекул CO и CO2, оптическую частоту используемого лазера периодически сканируют в анализируемом спектральном диапазоне посредством модуляции величины тока накачки, лазерное излучение пропускают через исследуемую среду, прошедшее анализируемую среду лазерное излучение детектируют с помощью фотоприемника, регистрируют лазерный спектр пропускания среды, содержащий анализируемые линии поглощения CO и CO2, регистрируемый лазерный спектр обрабатывают, используя средства программно-аппаратного комплекса, и рассчитывают спектр коэффициента поглощения в линиях, при этом учитывают интенсивность лазерного излучения вне анализируемых линий поглощения, расчетным путем по величине резонансного поглощения в линиях определяют концентрации анализируемых молекул CO и CO2 и их относительное содержание, повышают чувствительность определения абсолютной и относительной концентрации молекул, регистрируя первую и/или вторую производные спектров пропускания молекул, а также используя многоходовые схемы прохождения излучения через анализируемую среду, при этом для одновременного анализа содержания молекул CO и CO2 в объекте спектрального анализа используют линии поглощения CO и линии поглощения CO2, попадающие в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым полупроводниковым лазером, а именно используют не перекрывающиеся с линиями поглощения паров воды линии поглощения P-ветви CO из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линии поглощения полосы 20001-01101 CO2, расположенные в спектральном диапазоне от 2100 до 2125 см-1, регистрируют спектр пропускания CO и CO2 посредством перестраиваемого полупроводникового лазера, работающего в данном спектральном диапазоне, сканируют оптическую частоту лазера в спектральном диапазоне от 1 до 10 см-1, за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 до 3000 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс и частотой повторения от 20Гц до 10 кГц, пропускают лазерное излучение через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной оптического пути от 1 до 100 м, детектируют прошедшее через анализируемую среду лазерное излучение с помощью фотодиода, в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2 используют газообразную среду.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2, используют выдыхаемый воздух.

3. Устройство для одновременного определения концентрации молекул CO и CO2 в газообразной среде, выполненное с возможностью ввода параметров лазерной аналитической системы и запуска процесса лазерного спектрального анализа, а также с возможностью выбора спектральных и частотных характеристик лазерного излучения, температурного режима работы используемого лазера, параметров сканирования спектров, их регистрации, оцифровки, передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных, включающее в качестве используемого лазера перестраиваемый полупроводниковый лазер, выполненный с возможностью генерации монохроматического и контролируемым образом перестраиваемого по частоте оптического излучения, длина волны которого лежит в той спектральной области, в которой расположены используемые для анализа линии поглощения CO и CO2, находящихся в газообразном состоянии, включающее также систему управления, выполненную с возможностью поддержания заданных параметров, синхронизации циклов сканирования спектров, осуществления регистрации спектров, их оцифровки, а также с возможностью передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных, выдачи результатов измерений, систему термостабилизации, выполненную с возможностью настройки используемого лазера на спектральный диапазон, в котором лежат аналитические линии поглощения молекул CO и CO2, и поддержания с необходимой точностью рабочей температуры используемого лазера и его рабочей длины волны, систему накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, выполненную с возможностью генерации тока определенной амплитуды и формы, используемого для накачки используемого лазера, и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера посредством изменения амплитудных и временных параметров тока накачки, систему формирования пространственных характеристик лазерного пучка, выполненную с возможностью коллимации расходящегося излучения используемого лазера в пучок, пригодный для пропускания через исследуемый объект, и фокусировки на систему детектирования оптического излучения, выполненную с возможностью выделения в принимаемом модулированном лазерном сигнале радиочастотной составляющей, содержащей информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, и обращения ее в электрический радиочастотный сигнал, систему предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала, выполненную с возможностью предварительного усиления регистрируемого с помощью фотодетектора радиочастотного сигнала, содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды и, в случае необходимости, аналогового дифференцирования регистрируемого сигнала, систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала, выполненную с возможностью перевода аналогового радиочастотного сигнала, регистрируемого с помощью фотодетектора и содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, в цифровую форму, с возможностью считывания получаемого цифрового сигнала и передачи его в память устройства, предназначенного для накопления и хранения цифровой информации, систему обработки лазерных спектров пропускания, выполненную с возможностью обработки получаемой информации и расчета спектра коэффициента поглощения в анализируемых линиях CO и CO2 в регистрируемом диапазоне спектра, систему вывода результирующих данных, выполненную с возможностью вывода и визуализации полученных данных абсолютного и относительного содержания молекул CO и CO2 в анализируемой среде, а также других промежуточных результатов обработки спектров, отражающих изменения измеряемых параметров, при этом ввод основных параметров возможен посредством системы управления, которая выполнена с возможностью передачи информации на систему термостабилизации, накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, которая сопряжена с используемым лазером, а также на систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала и систему обработки лазерных спектров пропускания, выбор параметров системы также возможен посредством системы управления, с которой сопряжен используемый лазер, который, в свою очередь, сопряжен с системой термостабилизации и с системой формирования пространственных характеристик лазерного пучка, с которой последовательно соединены объект спектрального анализа, содержащий CO и CO2, система детектирования лазерного излучения, система предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала, система оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала, система обработки лазерных спектров пропускания, выполненная с возможностью одновременного анализа содержания молекул CO и CO2 в объекте спектрального анализа с возможностью использования линий поглощения CO и линий поглощения CO2, попадающих в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым полупроводниковым лазером, а именно с возможностью использования не перекрывающихся с линиями поглощения паров воды линий поглощения Р-ветви CO из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линий поглощения полосы 20001-01101 CO2, расположенных в спектральном диапазоне от 2100 до 2125 см-1, с возможностью регистрации спектра пропускания CO и CO2 посредством перестраиваемого полупроводникового лазера, работающего в данном спектральном диапазоне, с возможностью сканирования оптической частоты лазера в спектральном диапазоне от 1 до 10 см-1, за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 до 3000 мА, длительностью от 50 до 10000 мкс и частотой повторения от 20Гц до 10 кГц, с возможностью пропускания лазерного излучения через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной оптического пути от 1 до 100 м, с возможностью детектирования прошедшего через анализируемую среду лазерного излучения с помощью фотодиода, с использованием в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2, газообразной среды.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что выполнено с возможностью использования выдыхаемого воздуха в качестве объекта спектрального анализа, содержащего CO и CO2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к анализу материалов, в частности к определению содержания водорода. .

Изобретение относится к устройствам для обнаружения критических концентраций опасных промышленных газов. .

Изобретение относится к способам анализа примесей различных веществ в газе с применением фотоионизационного детектора. .

Изобретение относится к технике газового анализа и может быть использовано для определения качественного и количественного состава газовых смесей, образуемых в результате жизнедеятельности организмов или выделяемых в процессе работы различных устройств, двигателей внутреннего сгорания, а также для контроля качества парфюмерных изделий.

Изобретение относится к технике газового анализа и может быть использовано для определения качественного и количественного состава газовых смесей, образуемых в результате жизнедеятельности организмов или выделяемых в процессе работы различных устройств, двигателей внутреннего сгорания, а также для контроля качества парфюмерных изделий.

Изобретение относится к технике газового анализа и может быть использовано для определения качественного и количественного состава газовых смесей, образуемых в результате жизнедеятельности организмов или выделяемых в процессе работы различных устройств, двигателей внутреннего сгорания, а также для контроля качества парфюмерных изделий.

Изобретение относится к области оптических приборов, предназначенных для газового анализа путем исследования спектра поглощения измеряемого газа, и может быть использовано в оптических устройствах (газоанализаторах, спектрометрах) для селективного измерения концентрации газового компонента в газовой смеси.

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для определения концентрации горючих и токсичных газов. .

Изобретение относится к средствам анализа газов с применением техники оптической абсорбционной спектроскопии и предназначено для измерения концентрации газовых примесей в атмосфере на открытых трассах.

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для дистанционного измерения концентрации газообразных веществ. .

Изобретение относится к бесконтактным исследованиям поверхности металлов и полупроводников оптическими методами. .

Изобретение относится к области химического анализа веществ, более конкретно - к устройствам для измерения количества химических веществ, содержащихся в атмосфере и других газовых средах.

Изобретение относится к спектральному анализу вещества. .

Изобретение относится к области исследований или анализа веществ с помощью оптических средств, а именно к дистанционному мониторингу и идентификации загрязняющих веществ (ЗВ) при ведении разведки с использованием многочастотных источников когерентного электромагнитного излучения оптического диапазона.

Изобретение относится к обнаружению газов с использованием спектрометра на основе полупроводникового диодного лазера. .

Изобретение относится к фототермической спектроскопии и может быть использовано для определения спектров жидкостей и твердых тел. .

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для дистанционного измерения концентрации газообразных веществ. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к волоконно-оптическим автогенераторным системам на основе волоконных лазеров с микрорезонаторными зеркалами и может быть использовано в системах измерения различных физических величин, например концентрации газов, температуры, давления и др.

Изобретение относится к области лазерной спектроскопии и спектрального анализа, а именно к области применения перестраиваемых полупроводниковых лазеров, и может быть использовано для одновременной диагностики абсолютного и относительного содержания окислов углерода CO и CO2 в газообразной среде, для мониторинга содержания окислов углерода CO и CO2, например, в выдыхаемом воздухе, в атмосфере, в частности для биомедицинской диагностики
Наверх