Институт спектроскопии РАН (ИСАН)

Русский
Уменьшить шрифт Увеличить шрифт Распечатать страницу

Лаборатория аналитической спектроскопии

Лаборатория молекулярной спектроскопии высокого разрешения и аналитической спектроскопии была организована в 1989 г. До 2009 года лабораторией руководил к.ф.-м.н. В.Г. Колошников. В состав лаборатории вошли группы лазерного атомно- флуоресцентного анализа (д.ф.-м.н. М.А. Большов), диодной лазерной спектроскопии (к.ф.-м.н. Ю.А. Курицын) и спектрального анализа металлов и сплавов (к.т.н. А.М. Лившиц), входившие ранее в состав существовавшей в Институте с момента его основания лаборатории приборостроения, переименованной в 1981 г. в лабораторию аналитической спектроскопии (зав. лабораторией В.Г. Колошников). До 2003 г. в состав лаборатории входила группа микроволновой спектроскопии под руководством д.ф.-м.н. Б.С. Думеша.
В 2009 года подразделение переименовано в лабораторию аналитической спектроскопии. Возглавил лабораторию д.ф.-м.н. М.А. Большов. Основным направлением работ лаборатории является создание новых методов и приборов для спектрального анализа и молекулярной спектроскопии высокого разрешения и применение этих методов для решения конкретных научных и практических задач.
В лаборатории аналитической спектроскопии разрабатываются методы бесконтактной диагностики газовых сред на основе спектроскопии с диодными лазерами, а также эмиссионный метод анализа твердых проб.

Основные научные направления

  • Спектроскопия с диодными лазерами;
  • Диагностика газовых сред;
  • Искровая эмиссионная спектроскопия.

Сотрудники

ФИО Должность Учёная
степень		 Телефон Внутр.
телефон		 Комната
Большов Михаил Александровичзаведующий лабораториейд.ф.-м.н.8(495)851-02-273-70332, 328
Горский Евгений Вячеславовичстарший научный сотрудникк.т.н.8(495)851-08-692-36326
Курицын Юрий Александровичведущий научный сотрудникк.ф.-м.н.8(495)851-02-273-70327, 328
Лившиц Александр Марковичведущий научный сотрудникк.т.н.8(495)851-08-693-54114
Лигер Владимир Вениаминовичстарший научный сотрудникк.ф.-м.н.8(495)851-02-273-37329, 327
Маврин Николай Борисовичведущий инженер8(495)851-08-693-54114
Мироненко Владимир Романовичстарший научный сотрудникк.ф.-м.н.8(495)851-02-273-72327
Пелезнев Александр Викторовичстарший научный сотрудник8(495)851-08-693-54, 4-28318
Панфилов Виктор Александровичстарший научный сотрудникк.ф.-м.н.8(495)851-02-394-64, 4-17317
Романовский Юрий Валентиновичстарший научный сотрудникк.ф.-м.н.8(495)851-02-363-72325, 327
Сурин Леонид Аркадьевичведущий научный сотрудникд.ф.-м.н.8(495)851-02-394-17, 4-12317

Экспериментальное оборудование

  • Диодные лазеры (780 нм, 1.39, 1.41 мкм);
  • Драйверы тока и температуры для управления параметрами ДЛ;
  • Фотоприемники на ближний ик-диапазон (до 2 мкм);
  • 2-х канальные осциллографы;
  • Кюветы для абсорбционных измерений;
  • Разработанные в лаборатории электронные устройства для сканирования длины волны и измерения слабых сигналов;
  • Разработанные в лаборатории эмиссионные спектрометры ПАПУАС4, спектрометры, измерительная аппаратура;

1._Абсорбционный спектрометр с диодным лазером (ДЛАС)), установленный на испытательном стенде ИАД-50 в Объединенном институте высоких температур РАН.

На фото представлен фланец, укрепленный на камере сгорания. На фланце смонтирован оптический блок с оптическим одномодовым волокном, по которому зондирующее излучение диодного лазера подается к тестируемой зоне горения. Оптический блок укреплен на 2-х координатной подвижке с точностью позиционирования 0.1 мм. Блок с приемной системой укреплен на противоположном фланце.


Пример регистрации нестационарных спектров поглощения молекул воды в различные фазы процесса горения: а)фаза впрыска воздушного потока, b)фаза вымораживания паров воды при переходе к сверхзвуковому режиму, с) фаза активного горения смеси водорода и воздуха в режиме сверхзвукового истечения продуктов, d) фаза выключения горения и остывания зоны. Слева – 2D образ всех зарегистрированных во время единичного пуска спектров; справа – усредненные по 30 сканам спектры поглощения воды в спектральной области в окрестности 1.39 мкм. Цифрами 1,2,3 обозначены линии поглощения молекулы воды 7189.344 см-1 (E'' = 142 см-1), 7189.541 см-1 (E'' = 1255 см-1), 7189.715 см-1 (E'' = 2005 см-1).


2._Установка спектрометра на базе оротрона с молекулярной струей


Пример структуры перехода К = 2 -1 в комплексе paraNH3-CO. Расщепление линии (порядка 1 МГц) обусловлено внутренним вращением аммиака.


3._Спектрометр ПАПУАС-4


Основные достижения

  • Разработка и создание уникального комплекса – лазерного атомно-флуоресцентного автоматизированного спектрометра (ЛАФАС, совместно с лабораторией О.Н.Компанца). ЛАФАС был помещен в чистую комнату, что позволило выполнить в 1989-1995 гг уникальные исследования по прямому определению токсичных металлов в образцах полярного льда и снега. Образцы льда были из Российской и французской научных станций в Антарктиде. Глубина их отбора (до 1-2 км) соответствовала возрасту до 200 000 лет до РХ. Эти данные позволили восстановить картину естественных, природных вариаций климата и потоков тяжелых металлов в атмосфере Земли.
  • Разработка и создание спектрометра высокого разрешения на перестраиваемых диодных лазерах среднего ИК диапазона. Эти работы получили Государственную премию СССР за 1985 г. На спектрометре выполнен цикл уникальных измерений с высоким разрешением молекулярных спектров и нестационарных молекулярных процессов. В том числе: изучение критических явлений в колебательно-вращательных спектрах молекул типа сферического волчка, наблюдение эффекта Зеемана в колебательно-вращательном спектре молекулы аммиака, исследование динамики бесстолкновительного возбуждения молекул (совместно с отделом лазерной спектроскопии).
  • В совместной работе с ISAS (Dortmund, Germany) разработан метод повышения чувствительности детектирования малых сигналов поглощения за счет использования двойной модуляции длины волны диодного лазера и параметров поглощающего слоя. Достигнут теоретический предел детектирования слабых сигналов, определяемый дробовыми шумами интенсивности зондирующего излучения.
  • Разработан метод абсорбционной спектроскопии с диодными лазерами для диагностики основных параметров до- и сверхзвуковых потоков газа. Разработан комплекс аппаратуры для измерения параметров зон горения на испытательном стенде в Объединенном Институте Высоких Температур (ОИВТ РАН). С помощью этой аппаратуры впервые проведен цикл измерений температуры и концентрации паров воды в зоне горения смешивающихся сверхзвуковых потоков водородного и этиленового топлива и воздуха.
  • В многолетней совместной работе с Институтом физики Кёльнского университета получены уникальные результаты исследования слабосвязанных комплексов молекул, представляющих интерес для астрофизики. Исследования проводятся на уникальном спектрометре микроволнового диапазона – ОРОТРОН’е -, разработанном в Институте спектроскопии РАН. В последние годы получены новые результаты по исследованию явления сверхтекучести в малых гелиевых кластерах с молекулой СО (HeN–CO, N не более 10). Изучены вращательные спектры слабосвязанных комплексов CH4–CO, NH3–CO, NH3–N2, N2–CO, состоящих из молекул, представляющих интерес для физики планетарных атмосфер и межзвездной среды. Впервые измерен и идентифицирован микроволновый спектр орто-H2–CO, слабосвязанного молекулярного комплекса, распространенного (хотя до сих пор не обнаруженного) в межзвездной среде. Идентификация спектра была выполнена на основе последних достижений в вычислительных методах ab-initio, включая расчет шестимерной поверхности потенциальной энергии взаимодействия H2–CO методом связанных кластеров с учетом одно-, дву-, трех- и неитеративных четырехкратных возбуждений (CCSDT(Q)).
  • На базе научно исследовательских разработок, проведенных в ИСАН, в «ООО Спектроприбор» разработана линейка искровых атомно-эмиссионных спектрометров серии ПАПУАС, позволяющих проводить экспрессный анализ черных, цветных металлов и их сплавов. Эти спектрометры обладают высокой чувствительностью определения легирующих и микропримесей в твердых пробах. Они находят применение на металлургических предприятиях, как для входного контроля компонентов, так и для контроля качества готовой продукции. За последние годы по заказам предприятий России и СНГ произведено более 200 спектрометров ПАПУАС.

Награды

1985 - В.Г. Колошников, Ю.А. Курицын, Государственная премия СССР за работы по диодной лазерной спектроскопии высокого разрешения.

Сотрудничество

  • ISAS, Dortmund, Germany (1991 - н.в.)
  • LGGE, Grenoble, France (1988 – 1994)
  • ОИВТ РАН (Объединенный институт высоких температур РАН)
  • Кафедра аналитической химии, Химфак МГУ
  • ИОФ РАН

Публикации

  1. M. Bolshov, Yu. Kasyanov, R. Feshchenko, V. Krivzun, V. Ivanov, K. Koshelev. Investigation of the dynamic of an expanding laser plume by a shadowgraphic technique. Spectrochimica Acta B (2008), v.63, pp. 324–331.
  2. C. Boutron, C. Barbante, S. Hong, K. Rosman, M. Bolshov, F. Adams, P. Gabrielli , J. Plane, S.D. Hur, C. Ferrari P. Cescon.
  3. Natural and Anthropogenic Heavy Metals in Antarctic and Greenland Snow and Ice Cores 14th International Conference on the Heavy Metals in the Environment Taipei. Nov. 16-23, 2008 (Plenary invited lecture)
  4. М.А. Большов, Ю.А. Курицын, В.В. Лигер, В.Р. Мироненко, С.Б. Леонов, Д.А. Яранцев Применение диодной лазерной спектроскопии для измерения параметров газа при плазменно-индуцированном сверхзвуковом горении Квантовая Электроника, (2009), Т. 39, № 9, с. 869-878.
  5. М.А.Большов, А.А.Макаров, В.Р.Мироненко. О наблюдении вращательного спектра молекул в конденсированных средах. УФН, (2009), т.12, 1368
  6. М.А. Большов, Ю.А. Курицын, С.Б. Леонов, В.В. Лигер, В.Р. Мироненко, К.В.Савелкин, Д.А. Яранцев.
  7. Измерение температуры и концентрации паров воды в сверхзвуковой камере сгорания методом абсорбционной спектроскопии. Теплофизика Высоких Температур (ТВТ), (2010) т.48 (№1), с.9-22.
  8. M.A. Bolshov, Y.A. Kuritsyn, V.V. Liger, V.R. Mironenko, S.B. Leonov, D.A. Yarantsev Measurements of the temperature and water vapor concentration in a hot zone by tunable diode laser absorption spectrometry. Appl. Phys. B Lasers and Optics (2010), v.100, #2, 397-407.
  9. И. Ф. Серегина, С. Ю. Ланская, О. И. Окина, М. А. Большов, С. М. Ляпунов, О. Л. Чугунова, А. С. Фоктова. Определение химических элементов в биологических жидкостях и диагностических субстратах детей методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. ЖАХ, 2010, т 65, № 9, с. 986–994.
  10. I.F. Seregina, S.Yu. Lanskaya, M.A. Bolshov,O.I. Okina, S.M. Lyapunov. Detection of the essential and toxic elements in child biological substrates by ICP-MS technique. Trace Elements in Medicine, 2010, v.11. № 2, р.14.
  11. D. G. Filatova, I. F. Seregina, L. S. Foteeva, V. V. Pukhov, A. R. Timerbaev, M. A. Bolshov. Determination of gallium originated from a gallium-based anticancer drug in human urine using ICP-MS. Ana.l Bioanal. Chem., 2011, v. 400, Issue 3, Page 709.
  12. М. А. Большов, Ю. А. Курицын, В. В. Лигер, В. Р. Мироненко Разработка метода абсорбционной спектроскопии с диодными лазерами для определения температуры и концентрации молекул в удаленном объекте. Оптика и Спектроскопия, 2011, том 110, № 6, сс. 895–903
  13. М.А.Большов, В.К.Карандашев, Г.И.Цизин, Ю.А.Золотов Проточные методы определения элементов в растворах, основанные на сорбционном концентрировании и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. ЖАХ, 2011, т.66, сс.564-581.
  14. Claude Boutron, Carlo Barbante, Sungmin Hong, Kevin Rosman, Michael Bolshov, Freddy Adams, Paolo Gabrielli, John Plane, Soon-Do Hur, Christophe Ferrari, and Paolo Cescon. Heavy Metals in Antarctic and Greenland Snow and Ice Cores: Man Induced Changes During the Last Millennia and Natural Variations During the Last Climatic Cycles. In: Persistent Pollution – Past, Present and Future. Part I, pp. 19-48 Eds. Q. Markus, R. Ebinghaus, F. Götz. School of Environmental Research, Helmholtz Zentrum, Geesthacht.
  15. M.A. Bolshov, Y.A. Kuritsyn, V.V. Liger, V.R. Mironenko, S.B. Leonov, D.A. Yarantsev Measurements of the temperature and water vapor concentration in a hot zone by tunable diode laser absorption spectrometry. In: TDLS 2009, Selected Papers of the 7th International Conference on Tunable Diode Laser Spectroscopy (TDLS 2009), Zermatt, Switzerland, 13-17 July 2009 pp 165-176. Eds: F.K.Tittel, M.W.Sigrist, Springer, Berlin Heidelberg, 2011
  16. N.N. Fedyunina, I.F. Seregina, M.A. Bolshov, O.I. Okina, S.M. Lyapunov. Investigation of the efficiency of the sample pretreatment stage for the determination of the Rear Earth elements in rock samples by inductively coupled plasma mass spectrometry technique. Anal.Chim.Acta., (2012), v.713, pp.97-102
  17. N.N. Fedyunina, K.B. Ossipov, I.F. Seregina M.A. Bolshov, M.A. Statkus, G.I. Tsysin, Determination of rare earth elements in rock samples by inductively coupled plasma mass-spectrometry after sorption preconcentration using Pol-DETATA sorbent Talanta, (2012), v. 102, pp 128-131.

Фотографии

Слева направо Ю.А.Курицын, В.В. Лигер, М.А.Большов, В.Р.Мироненко, Ю.В. Романовский.