Том 37, номер 07, статья № 10

Аннотация:

Метод лазерной фрагментации/лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛФ/ЛИФ) хорошо известен своей эффективностью для обнаружения сложных химических соединений по сигналам флуоресценции их характеристических фрагментов. Этот метод применяют, например, для измерения локального содержания азотистой кислоты и гидроксильных радикалов в атмосфере, визуализации промежуточных стадий процессов горения, дистанционного обнаружения веществ в газообразном состоянии в атмосфере и конденсированном состоянии на поверхностях и др. Впервые представлены результаты экспериментального исследования возможности дистанционного возбуждения ЛИФ характеристических фотофрагментов вещества в аэрозольном состоянии в атмосфере. Исследуемое вещество – фосфорорганическое соединение триэтилфосфат (ТЭФ). Показано, что синхронизированное двухимпульсное лазерное воздействие на аэрозольные частицы ТЭФ и их PO-фрагменты (молекулы оксида фосфора) позволяет примерно в семь раз повысить эффективность ЛФ/ЛИФ по сравнению с одноимпульсным лазерным воздействием. Установлено, что образование PO-фрагментов ТЭФ в аэрозольном состоянии под действием лазерного излучения с длиной волны 266 нм имеет спадающий экспоненциальный характер с постоянной времени 192,6 ± 20,2 нс. По характеру временной зависимости образования фотофрагментов полученные результаты принципиально отличаются от подобных измерений для других соединений в газообразном и конденсированном состояниях.

Ключевые слова:

органофосфаты, аэрозоль, лазерная фрагментация, оксид фосфора, PO-фрагменты, лазерно-индуцированная флуоресценция

Список литературы:

1. Wu D.D., Singh J.P., Yueh F.Y., Monts D.L. 2,4,6-Trinitrotoluene detection by laser-photofragmentation–laser-induced fluorescence // Appl. Opt. 1996. V. 35, N 21. P. 3998–4003. DOI: 10.1364/AO.35.003998.
2. Daugey N., Shu J., Bar I., Rosenwaks S. Nitrobenzene detection by one-color laser photolysis/laser induced fluorescence of NO (v = 0–3) // Appl. Spectrosc. 1999. V. 53, N 1. P. 57–64. DOI: 10.1366/0003702991945227.
3. Shu J., Bar I., Rosenwaks S. Dinitrobenzene detection by use of one-color laser photolysis and laser-induced fluorescence of vibrationally excited NO // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 21. P. 4705–4710. DOI: 10.1364/AO.38.004705.
4. Arusi-Parpar T., Heflinger D., Lavi R. Photodissociation followed by laser-induced fluorescence at atmospheric pressure and 24 °C: A unique scheme for remote detection of explosives // J. Appl. Opt. 2001. V. 40, N 36. P. 6677–6681. DOI: 10.1364/AO.40.006677.
5. Wynn C.M., Palmacci S., Kunz R.R., Rothschild M. Noncontact detection of homemade explosive constituents via photodissociation followed by laser-induced fluorescence // Opt. Express. 2010. V. 18, N 6. P. 5399–5406. DOI: 10.1364/OE.18.005399.
6. Wynn C.M., Palmacci S., Kunz R.R., Aernecke M. Noncontact optical detection of explosive particles via photodissociation followed by laser-induced fluorescence // Opt. Express. 2011. V. 19, N 19. P. 18671–18677. DOI: 10.1364/OE.19.018671.
7. Bobrovnikov S.M., Vorozhtsov A.B., Gorlov E.V., Zharkov V.I., Maksimov E.M., Panchenko Y.N., Sakovich G.V. Lidar detection of explosive vapors in the atmosphere // Russ. Phys. J. 2016. V. 58, N 9. P. 1217–1225. DOI: 10.1007/s11182-016-0635-9.
8. Puchikin A.V., Panchenko Yu.N., Yampolskaya S.A., Andreev M.V., Prokopiev V.E. Laser-induced nitrogen oxide fluorescence from nitro compounds by 222 nm laser // J. Lumin. 2023. V. 263. P. 120073. DOI: 10.1016/j.jlumin.2023.120073.
9. Puchikin A.V., Panchenko Yu.N., Yampolskaya S.A., Andreev M.V., Prokopiev V.E. Laser-induced fluorescence of vibrationally excited nitric oxide by femtosecond laser pulse // J. Lumin. V. 2024. V. 268. P. 120412. DOI: 10.1016/j.jlumin.2023.120412.
10. Heflinger D., Arusi-Parpar T., Ron Y., Lavi R. Application of a unique scheme for remote detection of explosives // Opt. Commun. 2002. V. 204, N 1–6. P. 327–331. DOI: 10.1016/S0030-4018(02)01250-6.
11. Shu J., Bar I., Rosenwaks S. NO and PO photofragments as trace analyte indicators of nitrocompounds and organophosphonates // Appl. Phys. B. 2000. V. 71, N 5. P. 665–672. DOI: 10.1007/s003400000382.
12. Bisson S.E., Headrick J.M., Reichardt T.A., Farrow R.L., Kulp T.J. A two-pulse, pump-probe method for short-range, remote standoff detection of chemical warfare agents // Proc. SPIE. 2011. V. 8018. P. 80180Q-1–7. DOI: 10.1117/12.887918.
13. Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Zharkov V.I. Laser-induced fluorescence of PO-photofragments of dimethyl methylphosphonate // Appl. Opt. 2022. V. 61, N 21. P. 6322‒6329. DOI: 10.1364/AO.456005.
14. Bottorff B., Reidy E., Mielke L., Dusanter S., Stevens P.S. Development of a laser-photofragmentation laser-induced fluorescence instrument for the detection of nitrous acid and hydroxyl radicals in the atmosphere // Adv. Mater. Technol. 2021. V. 14, N 9. P. 6039–6059. DOI: 10.5194/amt-14-6039-2021.
15. Liao W., Hecobian A., Mastromarino J., Tan D. Development of a photo-fragmentation/laser-induced fluorescence measurement of atmospheric nitrous acid // Atmos. Environ. 2006. V. 40, N 1. P. 17–26. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2005.07.001.
16. Liao W., Case A.T., Mastromarino J., Tan D., Dibb J.E. Observations of HONO by laser-induced fluorescence at the South Pole during ANTCI 2003 // Geophys. Res. Lett. 2006. V. 33, N 9. P. L09810-1–4. DOI: 10.1029/2005GL025470.
17. Li B., Zhang D., Yao M., Li Z. Strategy for single-shot CH₃ imaging in premixed methane/air flames using photofragmentation laser-induced fluorescence // Proc. Combust. Inst. 2017. V. 36, N 3. P. 4487–495. DOI: 10.1016/j.proci.2016.07.082.
18. Li B., Jonsson M., Algotsson M., Bood J., Li Z.S., Johansson O., Aldén M., Tunér M., Johansson B. Quantitative detection of hydrogen peroxide in an HCCI engine using photofragmentation laser-induced fluorescence // Proc. Combust. Inst. 2013. V. 34, N 2. P. 3573–3581. DOI: 10.1016/j.proci.2012.05.080.
19. Han L., Gao Q., Li B., Li Z. Flame front visualization in highly turbulent jet flames using CH₃ photofragmentation laser-induced fluorescence // Opt. Laser Technol. 2023. V. 159. P. 109014. DOI: 10.1016/j.optlastec.2022.109014.
20. Leffler T., Brackmann C., Aldén M., Li Z. Laser-induced photofragmentation fluorescence imaging of alkali compounds in flames // Appl. Spectrosc. 2017. V. 71, N 6. P. 1289–1299. DOI: 10.1177/0003702816681010.
21. Carter C.D., Skiba A.W. CH₃ imaging via photo-fragmentation combined with CH planar laser-induced fluorescence employing C–X (0,0) band excitation and detection // Combust. Flame. 2023. V. 254. P. 112851. DOI: 10.1016/j.combustflame.2023.112851.
22. Van den Bekerom D., Richards C., Huang E., Adamovich I., Frank J.H. 2D imaging of absolute methyl concentrations in nanosecond pulsed plasma by photo-fragmentation laser-induced fluorescence // PSST. 2022. V. 31. P. 095018. DOI: 10.1088/1361-6595/ac8f6c.
23. Van den Bekerom D., Tahiyat M., Huang E., Frank J., Farouk T., Farouk T. 2D-imaging of absolute OH and H₂O₂ profiles in a He–H₂O nanosecond pulsed dielectric barrier discharge by photo-fragmentation laser-induced fluorescence // PSST. 2023. V. 32, N 1. P. 015006. DOI: 10.1088/1361-6595/acaa53.
24. Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Zharkov V.I., Pan­chenko Yu.N., Aksenov V.A., Kikhtenko A.V., Tivi­leva M.I. Remote detector of explosive traces // Proc. SPIE. 2014. V. 9292. P. 92922G-1–4. DOI: 10.1117/12.2074055.
25. Panchenko Y., Puchikin A., Yampolskaya S., Bobrovnikov S., Gorlov E., Zharkov V. Narrowband KrF laser for lidar systems // IEEE J. Quantum. Electron. 2021. V. 57, N 2. P. 1–5. DOI: 10.1109/JQE.2021.3049579.
26. Бобровников С.М., Горлов Е.В., Жарков В.И. Эффективность лазерного возбуждения PO-фотофрагментов органофосфатов // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 3. С. 175–185. DOI: 10.15372/AOO20220301.
27. Bobrovnikov S.M., Gorlov E.V., Zharkov V.I., Panchenko Yu.N., Puchikin A.V. Two-pulse laser fragmentation/laserinduced fluorescence of nitrobenzene and nitrotoluene vapors // Appl. Opt. 2019. V. 58, N 27. P. 7497–7502. DOI: 10.1364/AO.58.007497.
28. Sausa R.C., Miziolek A.W., Long S.R. State distributions, quenching, and reaction of the phosphorus monoxide radical generated in excimer laser photofragmentation of dimethyl methylphosphonate // J. Phys. Chem. 1986. V. 90, N 17. P. 3994–3998. DOI: 10.1021/j100408a033.
29. Douglas K.M., Blitz M.A., Mangan T.P., Plane J.M.C. Experimental study of the removal of ground- and excited-state phosphorus atoms by atmospherically relevant species // J. Phys. Chem. A. 2019. V. 123. P. 9469–9478. DOI: 10.1021/acs.jpca.9b07855.