طیف‌سنجی عدسی نورگرمایی در تشخیص ناخالصی فلزی در آب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشکدة علوم، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

2 مرکز تحقیقات لیزر و پلاسما، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

3 آزمایشگاه اپتیک، مرکز بین المللی عبدالسلام برای فیزیک نظری، تریست 34151، ایتالیا

4 آزمایشگاه پژوهش محیطی، دانشگاه نووا گوریسا، ویپاسکا13، نووا گوریسا 5000، اسلوونی

10.22055/jrmbs.2020.15331

چکیده

در این تحقیق، توانایی روش طیف‌سنجی عدسی نورگرمایی با چیدمان دو لیزر پمپ و پروب پیوسته برای آشکارسازی مقادیر جزیی ناخالصی در آب مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور، غلظت‌های مختلف یون آهن محلول در ترکیب چهار به یک آب و اتانول، مطالعه شد. جهت افزایش حساسیت روش از تقویت‌کننده قفل‌شونده و مدولاسیون شدت باریکه پمپ استفاده شد. همچنین، وابستگی شدت سیگنال نورگرمایی به‌دست آمده بر حسب فرکانس مدولاسیون باریکه پمپ بررسی شد و فرکانس بهینه بر اساس افزایش شدت سیگنال و کم بودن انحراف معیار آن، Hz 6 انتخاب شد. در فرکانس بهینه، حد آشکارسازی این روش برای نمونه یون آهن دو بار یونیزه 20 نانوگرم بر لیتر به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Photothermal Lens Spectroscopy for Detection of Metallic Impurities in Water

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Matroodi 1 2
  • Humberto Cabrera 3
  • Dorota Korte 4
1 Department of Physics, Faculty of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
2 Department of Physics, Faculty of Science, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
3 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Italy, Area Science Park, Padriciano 99, 34149 Trieste
4 Laboratory for Enviromental Research, University of Nova Gorica, Vipavska 13, Nova Gorica 5000, Slovenia
چکیده [English]

In this paper, we studied the potential of photothermal lens spectroscopy technique in detection of trace amounts of contaminants in water. We used experimental setup with two continuum lasers as pump and probe beams. Different concentrations of iron ion solved in combination of 4 to 1 water to ethanol solvent was studied. To increase the technique sensitivity, lock-in amplifier and intensity modulation of the pump beam have been used. Also, the photothermal signal dependence on modulation frequency was investigated and the best working frequency according to signal enhancement and low standard deviation was 6 Hz. The obtained Limit of detection for doubly ionized iron at the optimum frequency was as low as 20 ng/L.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Spectroscopy
  • Photothermal lens
  • Iron ion
  • water
[1] J. Gordon, R. Leite, R.S. Moore, S. Porto, J. Whinnery, Long‐transient effects in lasers with inserted liquid samples, Journal of Applied Physics 36 (1965) 3-8.

[2] T. Higashi, T. Imasaka, N. Ishibashi, Thermal lens spectrophotometry of gaseous hydrocarbon molecules in the infrared region, Analytical chemistry 56 (1984) 2010-2013. https://doi.org/10.1021/ac00276a007

[3] R.L. Swofford, M. Long, A. Albrecht, C–H vibrational states of benzene, naphthalene, and anthracene in the visible region by thermal lensing spectroscopy and the local mode model, The Journal of Chemical Physics 65 (1976) 179-190. https://doi.org/10.1063/1.432815

[4] R.W. Redmond, S.E. Braslavsky, Time-resolved thermal lensing and phosphorescence studies on photosensitized singlet molecular oxygen formation. Influence of the electronic configuration of the sensitizer on sensitization efficiency, Chemical physics letters 148 (1988) 523-529. https://doi.org/10.1016/0009-2614(88)80325-7

[5] A. Marcano, H. Cabrera, M. Guerra, R.A. Cruz, C. Jacinto, T. Catunda, Optimizing and calibrating a mode-mismatched thermal lens experiment for low absorption measurement, Journal of the Optical Society of America B 23 (2006) 1408-1413. https://doi.org/10.1364/JOSAB.23.001408

[6] H. Cabrera, E. Cedeño, P. Grima, E. Marín, A. Calderón, O. Delgado, Thermal lens microscope sensitivity enhancement using a passive Fabry–Perot-type optical cavity, Laser Physics Letters 13 (2016) 055702. https://doi.org/10.1088/1612-2011/13/5/055702

[7] H. Cabrera, J. Akbar, D. Korte, E.E. Ramírez-Miquet, E. Marín, J. Niemela, Z. Ebrahimpour, K. Mannatunga, M. Franko, Trace detection and photothermal spectral characterization by a tuneable thermal lens spectrometer with white-light excitation, Talanta 183 (2018) 158-163. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2018.02.073

[8] M. Franko, C.D. Tran, Thermal lens spectroscopy, Encyclopedia of Analytical Chemistry: Applications, Theory and Instrumentation Wiley Online Library (2006).  

[9] H. Cabrera, I. Ashraf, F. Matroodi, E.E. Ramírez-Miquet, J. Akbar, J.J. Suárez-Vargas, J.B. Ramírez, D. Korte, H. Budasheva, J. Niemela, Photothermal lens technique: a comparison between conventional and self-mixing schemes, Laser Physics 29 (2019) 055703. https://doi.org/10.1088/1555-6611/ab0a66

[10] A.H. Smith, E.O. Lingas, M. Rahman, Contamination of drinking-water by arsenic in Bangladesh: a public health emergency, Bulletin of the World Health Organization 78 (2000) 1093-1103.

[11] C. Martyn, C. Osmond, J. Edwardson, D. Barker, E. Harris, R. Lacey, Geographical relation between Alzheimer's disease and aluminium in drinking water, The Lancet 333 (1989) 61-62.

[12] S.D. Richardson, M.J. Plewa, E.D. Wagner, R. Schoeny, D.M. DeMarini, Occurrence, genotoxicity, and carcinogenicity of regulated and emerging disinfection by-products in drinking water: a review and roadmap for research, Mutation Research/Reviews in Mutation Research 636 (2007) 178-242. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2007.09.001

[13] S. Lu, W. Min, S. Chong, G.R. Holtom, X.S. Xie, Label-free imaging of heme proteins with two-photon excited photothermal lens microscopy, Applied Physics Letters 96 (2010) 113701. https://doi.org/10.1063/1.3308485

[14] A. Shrivastava, V.B. Gupta, Methods for the determination of limit of detection and limit of quantitation of the analytical methods, Chronicles of young scientists 2 (2011) 21. http://www.cysonline.org/text.asp?2011/2/1/21/79345