Лазерный мир

Лаборатория лазерной диагностики была основана одновременно с созданием кафедры лазерной химии в 1988 году.

Здесь был впервые в СССР разработан новый высокочувствительный и селективный аналитический метод лазерной атомно-ионизационной спектроскопии (Laser-enhanced ionization spectrometry) в пламени. Метод основан на селективном лазерном возбуждении атомов с последующей их ионизацией и детектированием образующихся ионов. При атомизации пробы в пламени с целью снижения пределов обнаружения и повышения селективности определения предложена ступенчатая схема возбуждения определяемых атомов. Экспериментально был реализован метод определения элементов на уровне 10-9 – 10-10% (Матвеев О.И., Чаплыгин В.И., Горбатенко А.А. и др.). В последующем метод был экспериментально модифицирован и реализованы приемы электротермического и лазерного пробоотбора в пламя (Новодворский О.А., Муртазин А.Р. и др.), приемы корреляционного анализа с использованием одновременной регистрации атомно-ионизационного, оптико-акустического и эмиссионного сигнала с целью снижения матричных влияний при лазерном пробоотборе в пламя (Лабутин Т.А., Попов А.М., Горбатенко А.А.), а также метод лазерно-индуцированной ионизационной спектрометрии молекулярных частиц в пламени (Горбатенко А.А., Ревина Е.И.).

В лаборатории ведутся исследования по улучшению метрологических характеристик лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии (ЛИЭС) при определении следовых и минорных компонентов в твердых пробах разнообразного происхождения (Лабутин Т.А., Попов А.М., Зайцев С.М. и др.). Разработаны методологические подходы, сочетающие высокую чувствительность и хорошую воспроизводимость в ЛИЭС при определении следовых и минорных компонентов в наиболее распространенных типах твердых проб. Предложен алгоритм для автоматической идентификации эмиссионных спектров лазерной плазмы, который значительно облегчает проведение рутинных стадий эмиссионного спектрального анализа. Для коррекции матричных влияний пробы предложено использовать корреляцию аналитического и опорных сигналов, измеряемых одновременно, а также корреляцию с физико-химическими свойствами пробы. Опорными называют сигналы, связанные со свойствами пробы, но не зависящие от содержания определяемого компонента. Создано программное обеспечение для одновременной высокоскоростной регистрации четырех различных по своей природе сигналов. Использование корреляционного анализа для выявления оптимальных сочетаний аналитических и опорных сигналов позволило эффективно устранять матричные влияния при анализе твердых проб. Предложенные подходы использованы для повышения точности экспрессного анализа конструкционных материалов, почв и для выявления геохимических аномалий, могут быть рекомендованы для уменьшения влияния основы и микроструктуры пробы на результаты анализа различных сплавов (стали, бронзы, латуни и т.д.), керамик и порошков.

В лаборатории ведутся также исследования по использованию лазерно-индуцированной флуориметрии (ЛИФ) для разработки высокочувствительных методов определения органических и комплексных соединений (Бекетов В.И., Воронина Р.Д.). Преимущества ЛИФ, заключающиеся в возможности достижения весьма высоких плотностей мощности светового потока возбуждающего излучения, в полной мере могут быть реализованы только для достаточно фотоустойчивых систем. Сравнительное исследование на основе изучения фотоустойчивости флуоресцирующих продуктов под действием ультрафиолетового лазерного излучения позволило выбрать наиболее оптимальные органические реагенты для определения аминокислот и других и других первичных аминов по реакции с орто-фталевым альдегидом.. Для ускорения образования флуоресцирующих продуктов предложено использовать воздействие высокочастотного (ВЧ) и сверхвысокочастотного (СВЧ) поля на исследуемые системы. Ведутся работы по использованию флуоресцентных зондов для диагностики растворов и выяснения механизма воздействия ВЧ и СВЧ электромагнитного поля на медленные реакции комплексообразования и образования замещенных изоиндолов в водных растворах для расширения их аналитического применения.

На рисунке схематически изображена миниатюрная камера, действие которой основано на пространственном сжатии лазерной плазмы отраженной ударной волной. В результате, в 10-20 раз вырастает интенсивность линий микрокомпонентов в эмиссионном спектре.

Использование лазерно-индуцированной флуориметрии (ЛИФ) для разработки высокочувствительных методов определения органических и комплексных соединений

Сотрудничество с российскими вузами и организациями

В 2010 г началось сотрудничество с РФЯЦ ВНИИЭФ (г. Саров) по теме «Современные спектроскопические методы анализа с использованием лазерных источников для диагностики материалов». Сотрудники лабораторию осуществляли руководство стажировками исследователей из РФЯЦ ВНИИЭФ (лекции, экспериментальные исследования), выезжали с докладами на Всероссийскую школу для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов по лазерной физике и лазерным технологиям,, организованную в г. Саров. В результате сотрудничества с Геологическим факультетом МГУ (кафедра геохимии) в 2012-2014гг были получены гранты Министерства науки РФ: 1. «Применение лазерно-искрового эмиссионного аналитического метода с целью комплексной экспрессной оценки элементного состава выявляемых геохимических аномалий при поисках, прогнозе, оценке и разведке месторождений твердых полезных ископаемых» (Зоров Н.Б.); 2. «Разработка новых высокочувствительных экспрессных методов спектрохимического анализа объектов окружающей среды с использованием лазерного микрозонда» (Попов А.М.); 3. «Применение лазерного микрозонда для экспрессного выявления геохимических аномалий при поисках, прогнозе, оценке и разведке серебрянорудных месторождений» (Лабутин Т.А.). Сотрудники лаборатории читают лекции студентам Геологического ф-та МГУ, которые также учатся в лаборатории работе на современном лазерном оборудовании (спецпрактикум для студентов-геохимиков). В 2013-2014 г при сотрудничестве с Омским университетом путей сообщения (ФГБОУ ВПО ОмГУПС) был получен совместный грант РФФИ-офи по теме «Разработка фундаментальных основ использования лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии для выявления дефектов рельсового пути». Осуществлялось руководство стажировкой и выполнением в лаборатории экспериментальной части дипломной работы студента 5 курса из ФГБОУ ВПО ОмГУПС.

Международное сотрудничество

В результате сотрудничества с Белорусским институтом физики им. Б.И. Степанова в 2012-2013 гг был получен совместный грант РФФИ-БРФФИ «Определение содержания неметаллов в строительных материалах для оценки прочностных характеристик конструкций методом лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии в стационарных и полевых условия». Результаты совместных работ опубликованы в высокорейтинговых журналах и на международных конференциях. На протяжении многих лет осуществляется сотрудничество лаборатории лазерной диагностики с Международным лазерным центром ENEA (г. Фраскатти, Италия). В 2007 г Попов А.М. получил стипендию ENEA для проведения совместных научных исследований. Сотрудники лаборатории неоднократно были на стажировках в этом итальянском центре, опубликован ряд совместных работ, сделаны совместные доклады на международных конференциях. Продолжается многолетнее плодотворное сотрудничество с известным итальянским ученым проф. Н. Оменетто, который в настоящее время работает в университете штата Флорида (США). Сотрудники лаборатории лазерной диагностики работали в лаборатории проф. Оменетто, по его просьбе осуществляли рецензирование публикаций в журнале Spectrochimica Acta, а он помогал в расширении сотрудничества с итальянскими исследователями.

Больше информации на https://laser.chem.msu.ru/laboratories/lab_laser_diagnostic