Preview

Российские нанотехнологии

Расширенный поиск

ИЗМЕРЕНИЕ МАЛЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ НАНОЧАСТИЦ В АЭРОЗОЛЯХ ПРИ ПОМОЩИ ОПТИЧЕСКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МИКРОРЕЗОНАТОРОВ НА ПРИМЕРЕ НАНОЧАСТИЦ TiO2

Полный текст:

Аннотация

Разработана методика измерений малых концентраций (до 0.001 мг/мл) наночастиц аэрозоля TiO2 с помощью оптических диэлектрических микрорезонаторов. Предложенная  методика основана на измерении изменения добротности микрорезонатора при адсорбции частиц на его  поверхности. Приведены результаты экспериментальных исследований образцов аэрозоля,  содержащего наночастицы TiO2 диаметром 40 нм с различными концентрациями. Разработана  методика градуировки измерительного канала. Сформулированы основные требования к  оптическому диэлектрическому микрорезонатору как первичному измерительному  преобразователю. Оценено влияние объема оптической моды резонатора на погрешности измерений.

Об авторах

К. Н. Миньков
Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений Московский институт электроники и математики, Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Россия

119361, Москва, ул. Озерная, 46

123458, Москва, ул. Таллинская, 34



А. Д. Иванов
Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений
Россия
119361, Москва, ул. Озерная, 46


А. А. Самойленко
Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений
Россия
119361, Москва, ул. Озерная, 46


Д. Д. Ружицкая
Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений Московский государственный университет
Россия

119361, Москва, ул. Озерная, 46

119991, Москва, Ленинские горы, 1



Г. Г. Левин
Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений
Россия
119361, Москва, ул. Озерная, 46


А. А. Ефимов
Московский физико-технический институт (государственный университет)
Россия
141701, Моковская обл., Долгопрудный, Институтский переулок, 9


Список литературы

1. Maness P.C., Smolinski S., Blake D.M., Huang Z., Wolfrum E.J., Jacoby W.A., Bactericidal activity of photocatalytic TiO2 reaction: toward an understanding of its killing mechanism // Appl. Environ. Microbiology. 1999. V. 65. № 9. P. 4094–4098.

2. Braun J.H., Baidins A., Marganski R.E., TiO2 pigment technology: a review // Prog. Org. Coat. 1992. V. 20. P. 105–138.

3. Jin J., Kwon S.G., Yu T., Cho M., Lee J., Yoon J., Hyeon T. Largescale synthesis of TiO2 nanorods via nonhydrolytic sol-gel ester elimination reaction and their application to photocatalytic inactivation of E. coli // J. Phys. Chem. 2005. V. 109. P. 15297– 15302.

4. Chen X., Mao S.S. Titanium dioxide nanomaterials: synthesis, properties, modifi cations, and applications // Chem. Rev. 2007. V. 107. № 7. P. 2891–2959.

5. Renwick L.C., Brown D., Clouter A., Donaldson K. Increased infl ammationand altered macrophage chemotactic responses caused by two ultrafi ne particle types // Occup. Environ. Med. 2004. V. 61. P. 442–447.

6. Popov A.P., Priezzhev A.V., Lademann J., Myllylä R. TiO2 nanoparticles as an eff ective UV- B radiation skin-protective compound in sunscreens // J. Phys. D: Appl. Phys. 2005. V. 38. P. 2564–2570.

7. Gurr J.R., Wang A.S., Chen C.H., Jan K.Y. Ultrafi ne titanium dioxide particles in the absence of photoactivation can induce oxidative damage to human bronchial epithelial cells // Toxicology. 2005. V. 213. P. 66–73.

8. Serpone N., Dondi D., Albini A. Inorganic and organic UV fi lters: their role and effi cacy in sunscreens and suncare products // Inorg. Chim. Acta. 2007. V. 360. P. 794–802.

9. ГОСТ Р 55723-2013 Нанотехнологии. Руководство по определению характеристик промышленных нанообъектов. М.: Стандартинформ. 2014.

10. МР 1.2.2522–09 Выявление наноматериалов, представляющих потенциальную опасность для здоровья человека. 2009.

11. МР 1.2.0043–11 Контроль наноматериалов в объектах окружающей среды. 2011.

12. Heylman K.D., Knapper K.A., Goldsmith R.H. Photothermal microscopy of nonluminescent single particles enabled by optical microresonators // J. Phys. Chem. Lett. 2014. V. 5. P. 1917–1923.

13. Zijlstra P., Paulo P.M.R., Orrit M. Optical detection of single non-absorbing molecules using the surface plasmon resonance of a gold nanorod // Nat. Nanotechnol. 2012. V. 7. P. 379–382.

14. Burg T.P., Godin M., Knudsen S.M., Shen W., Carlson G., Foster J.S., Babcock K., Manalis S.R. Weighing of biomolecules, single cells and single nanoparticles in fl uid // Nature. 2007. V. 446. P. 1066–1069.

15. Righini G.C., Soria S. Biosensing by WGM Microspherical Resonators // Sensors. 2016. V. 905. № 16. P. 905.

16. Vollmer F., Yang L. Label-free detection with high-Q microcavities: a review of biosensing mechanisms for integrated devices // Nanophotonics. 2012. № 1. P. 267–291.

17. Vollmer F., Arnold S., Keng D. Single virus detection from the reactive shift of a whispering-gallery mode // PNAS. 2008. V. 105. P. 20701–20704.

18. Vollmer F., Teraoka I., Arnold S. Perturbation approach to resonance shift s of whispering-gallery modes in a dielectric microsphere as a probe of a surrounding medium // J. Opt. Soc. Am. 2003. V. 20. № 20. P. 1937–1946.

19. Ozdemir S.K., Zhu J., He L., Yang L. Estimation of Purcell factor from mode-splitting spectra in an optical microcavity // Phys. Rev. A. 2011. V. 83. № 3. P. 5.

20. Hu Y., Shao L., Arnold S., Liu Y-C., Ma C-Y., Xiao Y-F. Mode broadening induced by nanoparticles in an optical whisperinggallery microcavity // Phys. Rev. 2014. № A90. P. 10.

21. Kim W., Özdemir S.K., Zhu J., Hee L., Yang L. Demonstration of mode splitting in an optical microcavity in aqueous environment // A. Phys. Lett. 2010. № 97. P. 071111.

22. Foreman M. R., Swaim J.D., Vollmer F. Whispering gallery mode sensors // Adv. Opt. Photonics. 2015. V. 7. № 2. P. 168–240.

23. Самойленко А.А., Левин Г.Г., Лясковский В.Л., Миньков К.Н., Иванов А.Д., Биленко И.А. Применение оптических микрорезонаторов с модами типа «шепчущей галереи» для обнаружения наночастиц серебра в водной среде // Оптика и спектроскопия. 2017. T. 122. № 6. C. 1037–1039.

24. Иванов А.Д., Миньков К.Н., Самойленко А.А. Методика получения субдлинноволнового оптического волокна // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 7. С. 88–90.

25. Kotov Yu. A. Th e electrical explosion of wire: A method for the synthesis of weakly aggregated nanopowders // Nanotechnologies in Russia. 2009. V. 4. № 7–8. P. 415–424.

26. Золотаревский Ю.М., Миньков К.Н., Иванов А.Д., Самойленко А.А. Экспериментальные исследования возможности детектирования наночастиц диоксида титана в воздухе посредством оптических резонаторов. Материалы конференции Прикладная оптика. Санкт-Петербург. 2016. С. 3.

27. Muers M.F. Overview of nebulizer treatment // Th orax. 1997. V. 52. Р. 25–30.

28. Lizunova A.A., Kalinina E.G., I.V.Beketov, Ivanov V.V. Development of reference materials for the diameter of nanoparticles of colloidal solutions of aluminum oxide and titanium dioxide // Measurement Techniques. 2014. V. 57. № 8. P. 848–854.

29. ГОСТ Р 8.791–2013 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Измерители радиоизотопные и пьезобалансные массовой концентрации пыли в воздухе рабочей зоны. Методика поверки. М.: Стандартин-форм. 2013.

30. Zhang X., Liu L., Xu L. Ultralow sensing limit in optofl uidic micro-bottle resonator biosensor by self-referenced diff erential- mode detection scheme // Appl. Phys. Lett. 2014. V. 104. P. 033703.

31. ГОСТ Р 8.775–2011 ГСИ Дисперсный состав газовых сред. Определение размеров наночастиц по методу дифференциальной электрической подвижности аэрозольных частиц. М.: Стандартинформ. 2011.


Просмотров: 49


ISSN 1992-7223 (Print)