Разработка метода лазерной искровой спектроскопии для задач геологоразведки и экологического мониторинга водных сред в режиме реального времени 

Дмитрий Юрьевич Прощенко, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Дальневосточный федеральный университет (Россия, Приморский край, остров Русский, поселок Аякс, 10); инженер-программист, Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (Россия, г. Владивосток, ул. Радио, 5), E-mail: dima.prsk@mail.ru
Сергей Сергеевич Голик, кандидат физико-математических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, Дальневосточный федеральный университет (Россия, Приморский край, остров Русский, поселок Аякс, 10); старший научный сотрудник, Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (Россия, г. Владивосток, ул. Радио, 5), E-mail: golik_s@mail.ru
Александр Юрьевич Майор, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, Дальневосточный федеральный университет (Россия, Приморский край, остров Русский, поселок Аякс, 10); ведущий научный сотрудник, Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (Россия, г. Владивосток, ул. Радио, 5), E-mail: mayor@iacp.dvo.ru
Алексей Анатольевич Ильин, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Дальневосточный федеральный университет (Россия, Приморский край, остров Русский, поселок Аякс, 10); старший научный сотрудник, Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (Россия, г. Владивосток, ул. Радио, 5), E-mail: ilyin@iacp.dvo.ru
Антон Валерьевич Боровский, аспирант, Дальневосточный федеральный университет (Россия, Приморский край, остров Русский, поселок Аякс, 10), E-mail: ifitfizik@gmail.com
Олег Алексеевич Букин, доктор физико-математических наук, профессор, ведущий научный сотрудник, Дальневосточный федеральный университет (Россия, Приморский край, остров Русский, поселок Аякс, 10), E-mail: o_bukin@mail.ru 

543.423 

DOI

10.21685/2072-3040-2021-1-9 

Актуальность и цели. Освоение ресурсов континентального шельфа в настоящее время является приоритетной задачей. Одновременно важным аспектом остается обеспечение экологической безопасности морских акваторий. В данной связи являются актуальными разработка и создание роботизированных систем, оснащенных специализированными комплексами, способными решать широкий функциональный спектр подводных работ. Цель данной работы заключалась в создании аппаратно-программного комплекса на основе метода лазерной искровой спектроскопии с возможностью его интеграции на телеуправляемый подводный аппарат обследовательского класса для проведения измерений элементного состава морской воды и донных пород в режиме In Situ.
Материалы и методы. Анализ элементного состава морской воды и проб грунта производился с помощью метода лазерной искровой спектроскопии. В качестве источника возбуждения лазерной плазмы использовался двухимпульсный лазер Nd:YAG с диодной накачкой DF-251 (SOL Instruments).
Результаты. Разработан экспериментальный образец аппаратно-программного комплекса подводного спектрометра на основе метода лазерной искровой спектроскопии с возможностью его интеграции на существующие телеуправляемые необитаемые подводные аппараты обследовательского класса. Проведены лабораторные эксперименты по определению химического состава пробы морской воды. Показана возможность применения представленного аппаратно-программного комплекса в задачах экологического мониторинга морских акваторий и геологоразведки.
Выводы. Полученные лабораторные результаты позволяют утверждать, что разработанный аппаратно-программный комплекс является перспективным решением для применения в задачах экологического мониторинга морских акваторий и геологоразведки. 

Ключевые слова

спектроскопия, лазерная искровая спектроскопия, плазма, экологический мониторинг, геологоразведка 

 Скачать статью в формате PDF

1. Hahn D. W., Omenetto N. Review of basic diagnostics and plasma–particle interactions: still-Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), part I: review challenging issues within the analytical plasma community // Applied spectroscopy. 2010. Vol. 64, № 12. P. 335A–366A.
2. Martínez G. M., Renno N. O. Water and brines on Mars: current evidence and implications for MSL // Space Science Reviews. 2013. Vol. 175, № 1–4. P. 29–51.
3. Damon E. K., Tomlinson R. G. Observation of ionization of gases by a ruby laser // Applied Optics. 1963. Vol. 2. С. 546–547.
4. Tian Y., Hou S., Wang L., Duan X., Xue B., Lu Y. CaOH Molecular Emissions in Underwater Laser-Induced Breakdown Spectroscopy: Spatial–Temporal Characteristics and Analytical Performances // Analytical chemistry. 2019. Vol. 91, № 21. P. 13970–13977.
5. Sakka T., Takatani K., Ogata Y. H., Mabuchi M. Laser ablation at the solid – liquid interface: transient absorption of continuous spectral emission by ablated aluminium atoms // Journal of Physics D : Applied Physics. 2001. Vol. 35, № 1. P. 65.
6. Thornton B., Takahashi T., Sato T. Development of a deep-sea laser-induced breakdown spectrometer for in situ multi-element chemical analysis // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2015. Vol. 95. P. 20–36.
7. Golik S. S., Ilyin A. A., Kolesnikov A. V. The influence of laser focusing on the intensity of spectral lines in femtosecond laser-induced breakdown spectroscopy of liquids // Technical Physics Letters. 2013. Vol. 39, № 8. P. 702–704.