Ссылка для цитирования : Попов Е. Э., Виткин В. В. Влияние давления на результаты измерения объемных долей газовых компонентов методом спектроскопии комбинационного рассеяния // Изв. вузов. Приборостроение. 2024. Т. 67, № 2. С. 171—177. DOI: 10.17586/0021-3454-2024-67-2-171-177.

Аннотация. Рассмотрено влияние давления на результаты измерения объемных долей газовых компонентов методом спектроскопии комбинационного рассеяния. Выявлен нелинейный характер влияния давления на световой поток в спектральном диапазоне от 1380 до 1399 см–1 для изотополога диоксида углерода 12СО2 и в спектральном диапазоне от 1361 до 1379 см–1 — для изотополога диоксида углерода 13СО2. Измерены спектры комбинационного рассеяния газовых смесей известного изотопного состава при различном давлении. Нелинейным методом наименьших квадратов найдены функция отклонения интегрального светового потока от линейной зависимости и ее коэффициенты. Эту функцию предложено использовать для вычисления поправочных коэффициентов в калибровочных функциях. Калибровочные функции связали регистрируемый приемником излучения световой поток с объемной долей молекул исследуемого вещества. Применение поправочных коэффициентов позволило повысить точность измерения объемной доли исследуемых газовых компонентов.

Ключевые слова: комбинационное рассеяния света, влияние давления на спектр комбинационного рассеяния, измерение объемной доли, диоксид углерода

Благодарность: работа поддержана грантом Министерства науки и высшего образования № 075-15-2021-1349

Список литературы:

1. Петров Д. В., Матросов И. И. Влияние неидеальности газов на интенсивности спектров комбинационного рассеяния // Изв. вузов. Физика. 2017. Т. 60, № 12/2. С. 194—197.
2. Jammu K. S., John G. E. S., & Welsh H. L. Pressure broadening of the rotational Raman lines of some simple gases // Canadian Journal of Physic. 1966. Vol. 44, N 4. P. 797—814.
3. Welsh H. L., Crawford M. F., Thomas T. R., Love G. R. Raman spectroscopy of low pressure gases and vapors // Canadian Journal of Physics. 1952. Vol. 30, N 5. P. 577—596.
4. Tanichev A. S., Petrov D. V. Pressure broadening in Raman spectra of CH4–N2, CH4–CO2, and CH4–C2H6 gas mixtures // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2023. Vol. 291. P. 122396.
5. Petrov D. V., Matrosov I. I. Pressure dependence of the Raman signal intensity in high-pressure gases // Journal of Raman Spectroscopy 2017. Vol. 48, N 3. P. 474—478.
6. Petrov D. V., Matrosov I. I., Zaripov A. R., Maznoy A. S. Effects of pressure and composition on Raman spectra of CO-H2-CO2-CH4 mixtures // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2019. Vol. 215. P. 363—370.
7. Petrov D. V. Pressure dependence of peak positions, half widths, and peak intensities of methane Raman bands (ν2, 2ν4, ν1, ν3, and 2ν2) // Journal of Raman Spectroscopy. 2017. Vol. 48, N 11. P. 1426—1430.
8. Kuczyński S., Włodek T., Smulski R., Dąbrowski K., Krakowiak M., Barbacki J., Pawłowski M. Application of Raman spectroscopy analysis in unconventional natural gas reservoirs–density and pressure dependence on Raman signal intensity // AGH Drilling, Oil, Gas. 2017. Vol. 34, N 3. P. 761—774.
9. Weber A. Raman spectroscopy of gases and liquids. NY: Springer Science & Business Media, 2012.
10. Mikhailov G. V. The influence of temperature and pressure on the Raman spectrum of nitrogen // Soviet Physics JETP. 1959. Vol. 36, N 9. P. 974—978.
11. Haller T. W., Varghese P. L. Measurements of pressure broadening of N2 in the anisotropic tensor component of spontaneous Raman spectra // Combustion and Flame. 2021. Vol. 224. P. 166—176.
12. Popov E., Polishchuk A., Kovalev A., Vitkin V. Raman Spectroscopy for Urea Breath Test // Biosensors. 2023. Vol. 13, N 6. P. 609.
13. McCreery R. L. Raman spectroscopy for chemical analysis. Toronto: John Wiley & Sons Inc., 2000.
14. NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database. N 69 / Ed. by P. J. Linstrom, W. G. Mallard. National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, 2023.
15. Perry S., Sharko P. T., Jonas J. Technique for Measuring the Amount of Pressure-Induced Polarization Scrambling by Optical Windows in High Pressure Light Scattering Cells // Appl. Spectrosc. 1983. Vol. 37. P. 340—342.