Том 39, номер 07, статья № 2
Степанов Е. В., Никифорцева Н. Н., Андреев В. В. Лазерный спектрофотометр для диагностики следов Н2О в вакуумных камерах генераторов низкотемпературной плазмы. // Оптика атмосферы и океана. 2026. Т. 39. № 07. С. 557–567. DOI: 10.15372/AOO20260702.Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:
Высокочувствительный анализ содержания нейтральных газовых компонент, включая пары Н2О, в высоковакуумных электротехнических установках, предназначенных для получения низкотемпературной плазмы, является актуальной аналитической и метрологической задачей. В настоящей статье представлен спектрофотометр на основе перестраиваемых диодных лазеров, предназначенный для анализа следов молекул Н2О в вакуумных камерах генераторов низкотемпературной плазмы, базирующихся на использовании ВЧ- и СВЧ-разрядов. Анализ проводился в спектральном диапазоне 7338–7370 см-1, где расположены колебательно-вращательные линии поглощения Н2О различной симметрии и интенсивности, в частности спиновых изомеров орто- и пара-Н2О. Для высокочувствительного анализа следов Н2О при низких давлениях использовано как детектирование собственно спектров пропускания, так и их производных. Оценена чувствительность к резонансному поглощению и концентрационная чувствительность при детектировании следов Н2О в разреженной газовой среде.
Ключевые слова:
спектры поглощения Н2О, анализ следовых концентраций Н2О, генераторы низкотемпературной плазмы, перестраиваемые диодные лазеры
Список литературы:
1. Chu P.K., Chen J.Y., Wang L.P., Huang N. Plasma-surface modification of biomaterials // Mater. Sci. Eng. 2002. V. 36, N 5–6. P. 143–206. DOI: 10.1016/S0927-796X(02)00004-9.
2. Biederman H. Plasma polymers and some biomedical applications // Europ. Cells Mater. 2003. V. 6 (Suppl. 1). P. 28.
3. Chu P.K. Plasma-treated biomaterials // IEEE Trans. Plasma Sci. 2007. V. 35, N 2. P. 181–187. DOI: 10.1109/TPS.2006.888587.
4. Desmet T., Morent R., De Geyter N., Leys C., Schacht E., Dubruel P. Non-thermal plasma technology as a versatile strategy for polymeric biomaterials surface modification: A review // Biomacromolecules. 2009. V. 10, N 9. P. 2351–2378. DOI: 10.1021/bm900186s.
5. Morent R., De Geyter N., Desmet T., Dubruel P., Leys C. Plasma surface modification of biodegradable polymers: A review // Plasma Processes Polym. 2011. V. 8, N 3. P. 171–190. DOI: 10.1002/ppap.201000153.
6. Scholtz V., Pazlarova J., Souskova H., Khun J., Julak J. Nonthermal plasma – A tool for decontamination and disinfection // Biotechnol. Adv. 2015. V. 33, N 6. P. 1108–1119. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2015.01.002.
7. Trimukhe M., Pandiyaraj K.N., Tripathi A., Melo J.S., Deshmukh R.R. Plasma surface modification of biomaterials for biomedical applications // Adv. Biomat. Biomed. Appl. 2017. P. 95–166.
8. Booth J.P., Mozetic M., Nikiforov A., Oehr C. Foundations of plasma surface functionalization of polymers for industrial and biological applications // Plasma Sour. Sci. Technol. 2022. V. 31, N 10. P. 103001. DOI: 10.1088/1361-6595/ac70f9.
9. Karthik C., Rajalakshmi S., Thomas S., Thomas V. Intelligent polymeric biomaterials surface driven by plasma processing // Curr. Opin. Biomed. Eng. 2023. V. 26. P. 100440. DOI: 10.1016/j.cobme.2022.100440.
10. Rondón J., Gonzalez-Lizardo A. Plasma-treated polymeric biomaterials for improved surface and cell adhesion //ArXiv. 2025. DOI: 10.48550/arXiv.2504.03883.
11. Stepanov E.V., Zyryanov P.V., Milyaev V.A. Laser analysis of the relative content of ortho- and para-water molecules for the diagnostics of spin-selective processes in gaseous media // Phys. Wave Phen. 2010. V. 18, N 1. P. 33. DOI: 10.3103/S1541308X10010073.
12. Stepanov E.V., Konyukhov V.K., Pershin S.M. Laser analysis of the evaporation dynamics of water spin isomers // Phys. Wave Phen. 2024. V. 18, N 3. P. 241.
13. Stepanov E.V., Pershin S.M. Increase in the relative content of ortho-Н2О molecules in vapor above boiling water // Phys. Wave Phen. 2025. V. 33, N 3. P. 242–246. DOI: 10.3103/S1541308X25700189.
14. Bernatskiy A.V., Ochkin V.N., Bafoev R.N., Antipenkov A.B. Dynamics of the water molecule density in a discharge chamber filled with a low pressure humid gas // Plasma Phys. Rep. 2016. V. 42, N. 10. P. 990. DOI: 10.1134/S1063780X16100019.
15. Lagunov V.V., Nikolaev I.V., Ochkin V.N., Tskhai S.N. Measurement of the concentration of water vapor in a glow discharge plasma // J. Opt. Technol. 2017. V. 84, N 6. P. 415–418. DOI: 10.1364/JOT.84.000415.
16. Bernatskiy A.V., Lagunov V.V., Ochkin V.N. Investigation of the interaction of water molecules with the surface of a quartz tube using laser spectroscopy // Phys. Wave Phen. 2019. V. 27, N 3. P. 165–177. DOI: 10.3103/S1541308X19030014.
17. Bernatskiy V., Lagunov V.V., Ochkin V.N., Tskhai S.N. Study of water molecule decomposition in plasma by diode laser spectroscopy and optical actinometry methods // Laser Phys. Lett. 2016. V. 13, N 7. P. 075702. DOI: 10.1088/1612-2011/13/7/075702.
18. Andreev V.V., Artemyev A.V., Barykov I.A., Grudiev E.I., Dvinin S.A., Kalashnikov A.V., Kritchenkov A.S., Chuprov D.V. Nonequilibrium low-temperature Ar plasms of RF and UHF discharges: A tool for modifying the physicochemical and structural parameters of organic polymers on chitosan’s films example // Proc. of the XXVII International Conference Ion-Surface Interactions ISI–2025, August 25–29, 2025. Ryazan, Russia, V. 2. P. 221–224.
19. Gordon I.E., Rothman L.S., Hargreaves R.J., Hashemi R., Karlovets E.V., Skinner F.M., Conway E.K., Hill C., Kochanov R.V., Tan Y., Wcisło P., Finenko A.A., Nelson K., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Campargue A., Chance K.V., Coustenis A., Drouin B.J., Flaud J.-M., Gamache R.R., Hodges J.T., Jacquemart D., Mlawer E.J., Nikitin A.V., Perevalov V.I., Rotger M., Tennyson J., Toon G.C., Tran H., Tyuterev V.G., Adkins E.M., Baker A., Barbe A., Canè E., Császár A.G., Dudaryonok A., Egorov O., Fleisher A.J., Fleurbaey H., Foltynowicz A., Furtenbacher T., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Horneman V.-M., Huang X., Karman T., Karns J., Kassi S., Kleiner I., Kofman V., Kwabia-Tchana F., Lavrentieva N.N., Lee T.J., Long D.A., Lukashevskaya A.A., Lyulin O.M., Makhnev V.Yu., Matt W., Massie S.T., Melosso M., Mikhailenko S.N., Mondelain D., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Perrin A., Polyansky O.L., Raddaoui E., Raston P.L., Reed Z.D., Rey M., Richard C., Tóbiás R., Sadiek I., Schwenke D.W., Starikova E., Sung K., Tamassia F., Tashkun S.A., Vander Auwera J., Vasilenko I.A., Vigasin A.A., Villanueva G.L., Vispoel B., Wagner G., Yachmenev A., Yurchenko S.N. The HITRAN2020 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 277. P. 107949. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107949.
20. Stepanov E.V., Glushko A.N., Konyukhov V.K., Lapshin D.A. Soft- and hardware platform for spectral analysis systems based on tunable semiconductor lasers // Laser Phys. 2022. V. 32, N 8. P. 084007. DOI: 10.1088/1555-6611/ac7330.
21. Яворский Б.М., Детлаф А.А., Лебедев А.К. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. М.: ОНИКС, Мир и образование, 2006. 1056 с.
22. Landay L.D., Lifshitz E.M. Course of Theoretical Physics. Vol. 5: Statistical Physics. New York: Pergamon, 1980. 173 p.