Wyniki 1-10 spośród 11 dla zapytania: authorDesc:"TADEUSZ STACEWICZ"

Zastosowanie laserów kaskadowych w układach do detekcji śladowych ilości gazów DOI:10.15199/ELE-2014-192


  Wykrywanie śladowych ilości gazów metodami optoelektronicznymi należy do ważnych kierunków rozwoju detekcji sygnałów optycznych. Przez wiele lat do wykrywania śladowych stężeń gazów były stosowane metody chromatografii gazowej, spektrometrii masowej i spektrometrii fluorescencyjnej [1]. Pomimo szeregu zalet tych metod, ich możliwości pomiarowe są ograniczone. W wielu laboratoriach na świecie prowadzone są badania w zakresie opracowania nowych wysokoczułych metod pomiarowych w celu uzyskania informacji na temat zawartości śladowych ilości materii. Dotyczy to zarówno medycyny, ochrony środowiska, jak i zastosowań specjalnych. Szanse taką stwarzają optyczne metody spektroskopowe, w których do pomiaru współczynnika absorpcji gazów stosuje się lasery. Mają one ogromne możliwości w zakresie wykrywania i monitorowania składników w fazie gazowej, zarówno w miejscu pobrania próbki (tzw. in situ), jak i w sposób zdalny (tzw. stand off). Charakteryzują się one dużą czułością, selektywnością, oraz są nieinwazyjne. Podstawową ideą spektroskopii jest wykorzystanie oddziaływań fal elektromagnetycznych z cząsteczkami związków chemicznych. Jeżeli za kryterium podziału metod spektroskopowych przyjmiemy długość fali, wówczas możemy wyróżnić spektroskopię absorpcyjną w ultrafiolecie UV i w zakresie widzialnym VIS, oraz spektroskopię w podczerwieni IR. Spektroskopia UV-VIS stosowana jest do badania przejść elektronowych, natomiast spektroskopia w podczerwieni do badania przejść między poziomami oscylacyjno-rotacyjnymi molekuł. Obecnie w zakresie podczerwieni są stosowane lasery kaskadowe (ang. Quantum Cascade Laser - QCL). Dzięki rozwojowi technologii tych laserów możliwe stało się opracowanie wielu mobilnych wysokoczułych systemów sensorowych. Układy spektroskopii laserowej do detekcji śladowych ilości gazów W absorpcyjnych metodach detekcji gazów stosuje się źródło promieniowania oraz wysokoczuły układ detekcyjny odbierający promieniowanie [...]

Projekt optoelektronicznego systemu do wykrywania biomarkerów w oddechu

Czytaj za darmo! »

W artykule przedstawiono opis projektu systemu, który będzie umożliwiał wczesną diagnozę chorób na podstawie analizy oddechu człowieka. W ramach podjętych prac opracowany zostanie demonstrator optoelektronicznych sensorów do wykrywania lotnych markerów chorobowych. Będą w nim zastosowane wysokoczułe techniki spektroskopii laserowej takie jak spektroskopia w komórkach wieloprzejściowych (SWP) oraz spektroskopia strat we wnęce optycznej (SSWO). Zaproponowane metody detekcji mogą być zastosowane w diagnostyce medycznej, nawet w screeningu chorób, do oceny skuteczności leczenia, do monitorowania gazów egzogennych (emisji bakteryjnych lub trucizn) i w analizie gazów metabolicznych, we wczesnym wykrywaniu wznowy (ponowny wzrost stężenia cząstek), do późnego wykrywania wznowy - nawrotu choroby, lub do analizy skuteczności leków. Abstract. Optoelectronic system designed to biomarkers detection - the paper presents a design of the system, which provides early diagnosis of diseases based on the analysis of human breath. The goal of the undertaken work is to develope the optoelectronic system for the detection of volatile disease markers. In this design, there are used highly sensitive laser spectroscopy techniques such as multipass spectroscopy and cavity ring-down spectroscopy. The proposed detection method can be used in medical diagnosis, even in the diseases screening, to evaluate the effectiveness of treatment, to the exogenous gases monitoring (bacterial emissions or toxins), to analyze metabolic gases, to detect disease recurrence (re-increase in the concentration of particles), and to analyze the medicines efficacy. (Optoelectronic system designed to biomarkers detection). Słowa kluczowe: CEAS, CRDS, optoelektroniczne sensory, spektroskopia absorpcyjna, wykrywanie biomarkerów, analiza oddechu. Keywords: CEAS, CRDS, optoelectronic sensors, absorption spectroscopy, detection of biomarkers, breath analysis. Wstęp Jedną z podstawowych przyczyn ś[...]

Multipleksacja i demultipleksacja sygnałów optycznych do celów spektroskopii DOI:10.15199/13.2016.9.17


  W artykule przedstawiono metodę multipleksacji wiązek laserowych w jeden strumień promieniowania oraz sposób rozdzielania informacji niesionych przez taką wiązkę, po przejściu przez układ spektroskopowy. Opisano czujnik do spektroskopii wieloprzejściowej do jednoczesnego wykrywania kilku substancji gazowych z wykorzystaniem tego rozwiązania. Zbadano także stabilność parametrów skonstruowanego systemu. Słowa kluczowe: multipleksacja, demultipleksacja, komórka wieloprzejściowa, spektroskopia laserowa, detekcja fazoczuła.Idea układu W układach spektroskopowych niekiedy zachodzi konieczność użycia wiązki promieniowania składającej się z kilku nałożonych na siebie współosiowych wiązek laserowych o różnych długościach fali. Przykładem są systemy służące do pomiaru współczynników absorpcji. Zastosowanie kilku długości fali dobranych do odpowiednich linii absorpcyjnych umożliwia jednoczesną detekcję kilku komponentów zawartych w złożonej próbce absorbera [1-3]. Współosiowość wiązek jest szczególnie istotna w wypadku użycia ultraczułych metod pomiaru absorpcji, jak spektroskopia wieloprzejściowa (dodatek 1) lub SSWO - spektroskopia strat we wnęce optycznej (ang. Cavity Ring-Down Spectroscopy - CRDS - dodatek 2). Połączenie kilku wiązek laserowych (multipleksacja) w jeden współosiowy strumień światła może być zrealizowane różnymi sposobami, np. przy pomocy rozdzielaczy optycznych (ang. beam splitters) - zwierciadeł dichroicznych (rys. 1). Gdy tak przygotowana wiązka promieniowania przebiega przez układ spektroskopowy oddziałuje z medium wypełniającym komorę absorpcyjną (rys. 1). W ten sposób na poszczególnych długościach fali zapisywana jest pewna informacja. W wypadku badania absorpcji jest to informacja o stężeniach poszczególnych komponentów w próbce. Rozkodow[...]

Wybrane aspekty wykrywania chorób w układach analizy wydychanego powietrza DOI:10.15199/13.2015.8.1


  Technologie stosowane do analizy i monitorowania stężenia substancji mogą być wykorzystywane w określeniu stanu zdrowia i w diagnostyce różnych chorób. Wczesna diagnoza chorób daje możliwość ich skutecznego leczenia i dlatego szczególnie ważne jest udoskonalenie istniejących oraz opracowywanie nowych i coraz skuteczniejszych urządzeń do wczesnej diagnostyki stanu zdrowia. Do najnowszych urządzeń w tej dziedzinie należy zaliczyć analizatory wydychanego powietrza. Mogą one być stosowane nie tylko w diagnostyce klinicznej, ale również w badaniach wpływu czynników środowiskowych na organizm człowieka [1-3]. Analizatory oddechu Analiza wydychanego powietrza składa się z trzech zasadniczych etapów: pobrania i ewentualnego wzbogacania próbki, analizy i przetwarzania danych, oraz wizualizacji wyników. Uproszczony schemat tego procesu pokazano na rys. 1. Istotnym etapem badań jest nie tylko pomiar stężenia lotnych związków organicznych występujących w wydychanym powietrzu, ale również odpowiednie pobranie próbki i przekazanie do czujnika. Obecnie do analizy wydychanego powietrza stosuje się kilka technik. Można je podzielić na metody typu online (bezpośrednie podanie próbki do czujnika) oraz typu offline. Metody offline polegają na zmagazynowaniu próbki w pojemniku, np. w torbie tedlarowej lub w rurce z adsorbentem, z których następuje przekazanie do przyrządu pomiarowego. Istnieje niewielka grupa komercyjnie dostępnych urządzeń przeznaczonych do pobieran[...]

Optoelektroniczny system do wykrywania markerów chorobowych w wydychanym powietrzu DOI:10.15199/13.2015.8.2


  Od kilku lat trwają w Polsce intensywne prace nad wykrywaniem w oddechu markerów chorobowych. Powietrze wydychane z płuc ludzkich jest mieszaniną azotu, tlenu, dwutlenku węgla, pary wodnej oraz śladowych ilości innych gazów, w tym przeszło 1000 lotnych związków organicznych (VCO) o stężeniu od kilku ppm do nawet setek ppt [1, 2]. Związki te mogą być wytwarzane przez organizm (związki endogenne), oraz przez niego absorbowane (związki egzogenne). Badanie związków endogenicznych może stanowić istotne źródło informacji o stanie zdrowia, natomiast związki egzogeniczne, o ile występują w niestandardowych stężeniach, mogą wskazywać na ewentualne stany wywołane zażywaniem lekarstw lub oddziaływaniem zanieczyszczonego środowiska. Obecność chorych komórek w organizmie ludzkim powoduje, wskutek odmiennego ich metabolizmu, zmiany stężenia poszczególnych składników wydychanego powietrza, tzw. biomarkerów. Biomarkerami mogą być również inne substancje lotne niespotykane zazwyczaj w oddechu człowieka zdrowego. Badania oddechu należą do najmniej inwazyjnych technik stosowanych w diagnostyce klinicznej, w procesie monitoringu stanu choroby, oraz w analizie oddziaływania środowiska na organizm. Do niedawna do analizy składników wydychanego powietrza stosowano głównie chromatografię gazową i spektometrię masową. Umożliwiają one wykrywanie gazów o bardzo małym stężeniu, nawet poniżej 1 ppb [3, 4]. Tego typu nowoczesne systemy są zazwyczaj bardzo drogie oraz trudne i kosztowne w eksploatacji, a badania są czasochłonne. Znane są także inne sensory do wykrywania gazów np. elektroniczne nosy, detektory chemiczne, elektrochemiczne, rezystancyjne, termometryczne, itp. Ich czułości są jednak w większości przypadków niewystarczające w aplikacjach medycznych. Wykrywanie markerów chorobowych jest również możliwe przy pomocy tresowanych psów [5]. Osiągnięcie czułości rzędu ppb i sub-ppb umożliwiają natomiast sensory optoelektroniczne wykorzystu[...]

Wybrane zastosowania spektroskopii absorpcyjnej DOI:10.15199/13.2016.9.14


  W artykule scharakteryzowano wybrane techniki laserowej spektroskopii absorpcyjnej. Szczególną uwagę zwrócono na układy, w których stosuje się komórki wieloprzejściowe, modulację długości fali oraz wnęki optyczne. Przedstawiono przykładowe wyniki badań prowadzonych w zakresie opracowania optoelektronicznych sensorów gazów do wykrywania biomarkerów chorób w ludzkim oddechu. Zademonstrowano sensory, których granica wykrywalności wyniosła od 0,3 ppb do 200 ppm. Słowa kluczowe: spektroskopia absorpcyjna, sensory gazów, MUPASS, WMS, SSWO.W najprostszych układach spektroskopii absorpcyjnej stosuje się źródło promieniowania, komórkę pomiarową (tzw. absorpcyjną) oraz czuły fotoodbiornik rejestrujący promieniowanie docierające ze źródła (ang. Direct Absorption Spectroscopy - DAS). Źródłem promieniowania może być lampa, dioda elektroluminescencyjna lub laser emitujący promieniowanie o długości fali dopasowanej do linii absorpcji badanego gazu. W przypadku, gdy w komórce pomiarowej pojawi się badany gaz, natężenie promieniowania docierającego do fotoodbiornika ulega osłabieniu. Na tej podstawie można wnioskować o stężeniu badanego absorbera. Natężenie promieniowania rejestrowanego przez fotoodbiornik można określić za pomocą prawa Lamberta-Beera , (1) gdzie I0(λ) oznacza natężenie promieniowania emitowanego przez źródło przy danej długości fali λ, x jest drogą światła w absorberze, S oznacza stężenie gazu, natomiast σ(λ) jest przekrojem czynnym na absorpcję. Zależność przekroju czynnego na absorpcję od długości fali jest charakterystyczna dla danego gazu i można ją wyznaczyć w warunkach laboratoryjnych. Znając natężenie promieniowania emitowanego ze źródła, natężenie promieniowania odbieranego, przekrój czynny na absorpcję oraz odległość x, można obliczyć stężenie gazu wg wzoru . (2) Wybrane techniki spektroskopii laserowej Rozwój układów spektroskopii absorpcyjnej związany jest głównie z poszukiwaniem nowych meto[...]

Projekt sensora par materiałów wybuchowych

Czytaj za darmo! »

W pracy przedstawiono wstępne wyniki badań sensora par materiałów wybuchowych. Idea pracy sensora polega na pomiarze stężenia tlenków azotu jedną z najczulszych metod spektroskopowych - spektroskopii strat we wnęce optycznej (CEAS - ang. cavity enhanced absorption spectroscopy). W sensorze planuje się zastosowanie dwóch torów detekcyjnych umożliwiających wykrywanie tlenku i podtlenku azotu. W celu uzyskania dużej czułości i selektywności przyrządu, jako źródła promieniownia docelowo zostaną użyte lasery QCL pracujące w zakresie długości fal: 5,23m - 5,29m dla NO, oraz 4,46 m - 4,48 m dla N2O. Abstract. The preliminary outcomes of investigations concern a sensor of explosive materials vapours are presented. In the sensor concentration measurements of nitrogen oxides with cavity enhanced absorption spectroscopy method (CEAS) is applied. It is one of the most sensitive optoelectronic gas detection technique. There are two diagnostics lanes provide to parallely detect both nitric oxide (NO) and nitrous oxide (N2O) trace concentrations. To achive high sensitivity there will be used two quantum cascade lasers (QCL), the lasing wavelength of which will be from ranges: 5.23m - 5.29m (for NO) and 4.46m - 4.48m (for N2O). (Project of explosive material vapours sensor). Słowa kluczowe: wykrywanie materiałów wybuchowych, sensor tlenków azotu, NOx, CEAS. Keyword: explosives detection, nitrogen oxide sensor, NOx, CEAS. Wprowadzenie Do wykrywania materiałów wybuchowych stosowane są metody, w których wykorzystuje się ich charakterystyczne fizyczne cechy. Do takich cech można zaliczyć: widmo pochłanianego lub emitowanego promieniowania elektromagnetycznego, zdolność jonizacji i sorbowania się na adsorbentach, współczynnik załamania światła i inne. Metody wykrywania materiałów wybuchowych można podzielić na:  metody z próbkowaniem radiacyjnym (ang. bulk detection),  wykorz[...]

Analiza możliwości wykrywania biomarkerów w wydychanym powietrzu


  Od kilku lat trwają intensywne prace nad wykrywaniem w oddechu markerów chorobowych. Analizując wydychane powietrze można rozpoznać, czy dana osoba jest zdrowa czy chora. Powietrze wydychane przez zdrowego człowieka zawiera azot, tlen, ditlenek węgla, parę wodną, o względnie dużym stężeniu, oraz wiele innych związków chemicznych, jak np. aceton, izopren, propanol o stężeniu na poziomie ppb (ang. parts per billion) i mniejszym oraz ponad tysiąc innych składników, których stężenie jest zawarte w przedziale ppb-ppt (ang. parts per trillion) [1]. Chore komórki mogą powodować zmianę stężenia poszczególnych składników wydychanego powietrza lub wydzielać inne substancje lotne niespotykane u człowieka zdrowego. Są to tzw. biomarkery, których wykrycie i określenie stężenia może stanowić bardzo wczesny wskaźnik choroby i być szczególnie przydatne na etapie diagnostyki, monitorowania oraz leczenia. Kłopot polega na tym, że trzeba powiązać konkretne substancje gazowe z rodzajem choroby. W przypadku nowotworu płuc udało się zidentyfikować ponad 20 lotnych substancji, które powstają podczas jego rozwoju. W tabeli przedstawiono biomarkery wybranych schorzeń i metody ich wykrywania. Ważnymi markerami schorzeń są także lotne związki organiczne, które powstają podczas procesów metabolicznych. Jednakże ich wykrycie jest stosunkowo trudne, ze względu na konieczność określenia poziomu stężenia szerokiej gamy związków. Często do wykrywania gazów stosuje się chromatografię gazową i spektometrię masową [1]. Chromatografia gazowa umożliwia ustalenie procentowego składu mieszanin związków chemicznych, natomiast spektrometria mas - rodzaj substancji na podstawie pomiaru stosunku masy do ładunku elektrycznego jonów. Te dwie metody umożliwiają określenie dokładnej zawartości danej substancji w próbkach wydychanego powietrza. Znając wyniki takich pomiarów, lekarz jest w stanie odróżniać próbki pochodzące od ludzi zdrowych i chorych. Trudność wykrywania c[...]

Zastosowanie niebieskich laserów do detekcji substancji śladowych

Czytaj za darmo! »

Od czasu zademonstrowania w 1995 roku przez S. Nakamurę pierwszego niebieskiego lasera diodowego - zasilanej impulsowym prądem struktury wielostudni kwantowych z azotku galu domieszkowanego indem (InGaN) [1], rozwój i optymalizacja tych przyrządów były przedmiotem badań w wielu laboratoriach na świecie. Bogactwo zastosowań - od komercyjnych, jak możliwość druku wysokiej rozdzielczości, więk[...]

Optoelektroniczny system sensorów biomarkerów zawartych w wydychanym powietrzu DOI:10.15199/13.2016.9.12


  W artykule omówiono optoelektroniczny system sensorów biomarkerów zawartych w wydychanym powietrzu. System ten składa się z pięciu bloków funkcjonalnych: układu pobierania próbek (UPP), układu kondycjonowania (UK), czujnika CEAS (ang. Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy), dwuwidmowego czujnika MUPASS (ang. MUltiPass Absorption Spectroscopy System), oraz układu przetwarzania sygnałów (UPS). Układ UPP służy do pobrania od pacjenta próbki wydychanego powietrza z górnych lub z dolnych dróg oddechowych. Zadaniem UK jest minimalizacja wpływu interferentów, jakimi są m.in. para wodna, czy ditlenek węgla. Czujnik CEAS umożliwia wykrywanie tlenku azotu. Dla tego markera uzyskano granicę wykrywalności około 30 ppb. Do detekcji metanu i tlenku węgla zastosowano dwuwidmowy sensor MUPASS z jedną komórką wieloprzejściową. Dla metanu uzyskano granicę wykrywalności 100 ppb, natomiast dla tlenku węgla wyniosła ona 400 ppb. Słowa kluczowe: sensory optoelektroniczne, analiza wydychanego powietrza, biomarkery.Powietrze wydychane z płuc ludzkich jest mieszaniną azotu, tlenu, dwutlenku węgla, pary wodnej oraz śladowych ilości innych gazów, w tym przeszło 1000 lotnych związków organicznych o stężeniu od kilku ppm do nawet setek ppt [1]. Badanie związków endogennych (wytwarzanych wewnątrz organizmu) może stanowić istotne źródło informacji o stanie zdrowia, natomiast związki egzogenne (dostarczane z pożywieniem), o ile występują w niestandardowych stężeniach, mogą wskazywać na ewentualne stany wywołane zażywaniem lekarstw lub oddziaływaniem zanieczyszczonego środowiska. Obecność chorych komórek w organizmie ludzkim powoduje zmiany stężenia poszczególnych składników wydychanego powietrza, tzw. biomarkerów. Biomarkerami mogą być również inne substancje lotne, niespotykane zazwyczaj w oddechu człowieka zdrowego. W Polsce od kilku lat są prowadzone prace badawcze nad wykrywaniem markerów chorobowych w wydychanym powietrzu. Początkowo problematyką tą[...]

 Strona 1  Następna strona »