ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2022. №12
Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

English page

 

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.12.3

УДК: 535.343.4; 616-008.84

 

ИМПУЛЬСНАЯ ФУРЬЕ-СПЕКТРОСКОПИЯ ДЛЯ АНАЛИТИЧЕСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ

 

В.Л. Вакс1,2

 

1ИФМ РАН, филиал ФИЦ ИПФ РАН, 603950, Нижний Новгород, ГСП-105

2Нижегородский госуниверситет им. Н. И. Лобачевского, 603022, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23

 

Статья поступила в редакцию 8 декабря 2022 г.

 

Аннотация. В работе представлен обзор методов импульсной Фурье-спектроскопии, начиная с первых работ (Эккерса-Флайгера и др.), и различные направления развития этого подхода, в том числе методы газовой спектроскопии на нестационарных эффектах. В частности, рассмотрены такие источники излучения, как квантово-каскадные лазеры (ККЛ) терагерцевого (ТГц) частотного диапазона, позволяющие реализовать метод импульсной Фурье-спектроскопии. Представленный метод импульсной Фурье-спектроскопии перспективен для разработки неинвазивных методов медицинской диагностики на основе метаболического анализа выдыхаемого воздуха, состава биологических жидкостей, в том числе паров и продуктов термического разложения биологических жидкостей и тканей. В работе приведены некоторые примеры применения нестационарных спектроскопических методов для анализа состава многокомпонентных газовых смесей биологического происхождения.

Ключевые слова: импульсная Фурье-спектроскопия, фазовая манипуляция воздействующего на газ излучения, быстрое свипирование по частоте, метаболиты.

Финансирование: Работы по исследованию тканей ЛОР-органов проводились при поддержке Российского научного фонда грант № 21-19-00357, https://rscf.ru/project/21-19-00357/. Работы по исследованию урины проводились в рамках госзадания (0030-2021-0024).

Автор для переписки: Вакс Владимир Лейбович, vax@ipmras.ru

 

Литература

1. Ekkers J., Flygare W.H. Pulsed microwave Fourier transform spectrometer. Review of Scientific Instruments.1976. V.47. P.448. https://doi.org/10.1063/1.1134647

2. Grabow J.U. Fourier Transform Microwave Spectroscopy Measurement and Instrumentation. Handbook of High resolution Spectroscopy. John Wiley & Sons, Ltd. 2011. https://doi.org/10.1002/9780470749593.hrs037

3. Steber A.L., Harris B.J., Neill J.L., Pate B.H. An arbitrary waveform generator based chirped pulse Fourier transform spectrometer operating from 260 to 295 GHz. Journal of Molecular Spectroscopy. 2012. V.280. P.3-10. https://doi.org/10.1016/j.jms.2012.07.015

4. Röben B., Lü X., Biermann K. et al. Terahertz quantum-cascade lasers for high-resolution spectroscopy of sharp absorption lines. Journal of Applied Physics. 2019. V.125. P.151613. https://doi.org/10.1063/1.5079701

5. Williams B. Terahertz quantum-cascade lasers. Nature Photonics. 2007. V.1. P.517-525. https://doi.org/10.1038/nphoton.2007.166

6. Khalatpour A., Paulsen A.K., Deimert C., Wasilewski Z.R., and Hu Q. High-power portable terahertz laser systems. Nature Photonics. 2021. V.15. №1. P.16-20. https://doi.org/10.1038/s41566-020-00707-5

7.  Williams B.S., et al. Operation of terahertz quantum-cascade lasers at 164 K in pulsed mode and at 117 K in continuous-wave mode. Optics Express. 2005. V.13. P.3331-3339. https://doi.org/10.1364/OPEX.13.003331

8. Wienold M., Röben B., Lü X., et al. Frequency dependence of the maximum operating temperature for quantum-cascade lasers up to 5.4 THz. Applied Physics Letters. 2015. V.107. P.202101. https://doi.org/10.1063/1.4935942

9. Mata S., Pena I., Cabezas C., Lopez J.C., Alonso J.L. A broadband Fourier-transform microwave spectrometer with laser ablation source: The rotational spectrum of nicotinic acid. Journal of Molecular Spectroscopy. 2012. V.280. P.91-96. https://doi.org/10.1016/j.jms.2012.08.004

10. Taday P.F., Pepper M., Arnone D.D. Selected Applications of Terahertz Pulses in Medicine and Industry. Applied Sciences. 2022. V.12. P.6169. https://doi.org/10.3390/app12126169

11. Шумейкер Р. Лазерная и когерентная спектроскопия. Под ред. Дж. Стейнфелда. Москва, Мир. 1982. 631 p.

12. Вакс В.Л., Анфертьев В.А., Балакирев В.Ю., Басов С.А., Домрачева Е.Г., Иллюк А.В., Куприянов П.В., Приползин С.И., Черняева М.Б. Спектроскопия высокого разрешения терагерцевого частотного диапазона для аналитических приложений. Успехи физических наук. 2020. Т.190. С.765-776. https://doi.org/10.3367/UFNr.2019.07.038613

13. Вакс В.Л. Методы диагностики сред, основанные на высокоточных СВЧ измерениях. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. ИФМРАН. Н.Новгород. 2003. 155 с.

14. Вакс В.Л., Анфертьев В.А., Черняева М.Б., Домрачева Е.Г., Приползин С.И., Баранов А.Н., Тессье Р., Айзенштадт А.А., Гаврилова К.А. О продвижении метода нестационарной газовой спектроскопии, реализованного путем быстрого свипирования частоты, вверх по ТГц диапазону. Известия вузов. Радиофизика. (в печати).

15. Kumar S., Hu Q., Reno J.L. 186 K operation of terahertz quantum-cascade lasers based on a diagonal design. Applied Physics Letters. 2009. V.94. №13. P.131105. https://doi.org/10.1063/1.3114418

16. Pickett H.M., et al. Submillimeter, millimeter, and microwave spectral line catalog. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 1998. V.60. №5. P.883-890. https://doi.org/10.1016/S0022-4073(98)00091-0

17. Endres C.P., Schlemmer S., Schilke P., Stutzki J., Müller H.S.P. Journal of Molecular Spectroscopy. 2016. V.327. P.95-104. Date of access 10.10.2022. https://cdms.astro.uni-koeln.de/cgi-bin/cdmssearch

18. Вакс В.Л., Домрачева Е.Г., Черняева М.Б., Анфертьев В.А., Айзенштадт А.А., Гаврилова К.А., Ларин Р.А. Применение метода терагерцовой газовой спектроскопии высокого разрешения для анализа состава продуктов термического разложения тканей кист околоносовых пазух. Оптический журнал. 2021. Т.88. №3.С.72-76. https://doi.org/10.1364/JOT.88.000166

19. Vaks V., Aizenshtadt A., Anfertev V., Chernyaeva M., Domracheva E., Gavrilova K., Larin R., Pripolzin S., Shakhova M. Analysis of the Thermal Decomposition Products of Pathological and Healthy Tissues in Paranasal Sinuses: A High-Resolution Terahertz Gas Spectroscopy Study. Applied Sciences. 2021. V.11. P.7562. https://doi.org/10.3390/app11167562

20. Vaks V. et al. Application of THz Fast Frequency Sweep Spectrometer for Investigation of Chemical Composition of Blood. Journal of Infrared, Millimeter and Terahertz Waves 2020. V.41. P.1114-1120. https://doi.org/10.1007/s10762-019-00656-3

21. Lykina A.A., Anfertev V.A., Domracheva E.G., et al. Terahertz high-resolution spectroscopy of thermal decomposition gas products of diabetic and non-diabetic blood plasma and kidney tissue pellets. Journal of Biomedical Optics. 2021. V.26. №4. P.043008. https://doi.org/10.1117/1.JBO.26.4.043008

22. Vaks V., Anfertev V., Chernyaeva M., Domracheva E., Yablokov A., Maslennikova A., Zhelesnyak A., Baranov A., Schevchenko Yu., Pereira M.F. Sensing nitriles with THz spectroscopy of urine vapours from cancers patients subject to chemotherapy. Scientific Reports. 2022. V.12. №1. P.1-11. https://doi.org/10.1038/s41598-022-22783-z

23. Вакс В.Л., Домрачева Е.Г., Черняева М.Б., Анфертьев В.А., Масленникова А.В., Железняк А.В., Князева Т.Д., Родионов М.А., Майоров А.И. Применение метода терагерцовой газовой спектроскопии высокого разрешения для анализа состава продуктов термического разложения биологических жидкостей (урины) человека. Оптический журнал. 2022. Т.89. №4. С.80-90. https://doi.org/10.17586/1023- 5086-2022-89-04-80-90

Для цитирования:

Вакс В.Л. Импульсная Фурье-спектроскопия для аналитических приложений. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2022. №12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.12.3