DOI: :10.17586/2226-1494-2015-15-6-976-983


ВОЗМОЖНОСТИ СЕНСОРНОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ РАМАНОВСКОГО МЕТОДА ДЛЯ ОНЛАЙН-АНАЛИЗА ВДОХА–ВЫДОХА ЧЕЛОВЕКА

Зеегер Т., Шлютер С., Лукьянов Г.Н.


Читать статью полностью 
Язык статьи - английский

Ссылка для цитирования: Зеегер Т., Шлютер С., Лукьянов Г.Н. Возможности сенсорной системы на основе рамановского метода для онлайн-анализа вдоха–выдоха человека // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 6. С. 976–983.

Аннотация

Рассмотрен сенсор состава газа на основе спонтанного рамановского рассеяния для анализа состава отдельных вдохов и выдохов. Приведены описания сенсора, а также процедуры калибровки, которая позволяет определить составные части газов в газовой смеси. Кроме того, дается исчерпывающая характеристика системы, которая позволяет определить погрешность измерения. Сенсор применен для измерений при последовательных актах дыхания с разрешением по времени измерений 250 мс. Рамановский сенсор позволяет обнаружить все основные компоненты газа, т.е. N2, O2, CO2, H2O, при атмосферном давлении с высоким временным разрешением. Сенсор позволяет увидеть колебания концентраций газов в пределах единичного вдоха или выдоха. 


Ключевые слова: рамановское рассеяние; многокомпонентный газовый сенсор; низкое давление; исследования дыхания; многоходовая кювета; короткое время опроса; онлайн-анализ выдыхаемого воздуха

Благодарности. Авторы особо благодарят Высшую школу новейших оптических технологий Эрлангена (SAOT).

Список литературы

1. Buszewski B., Kesy M., Ligor T., Amann A. Human exhaled air analytics: biomarkers of diseases // Biomedical Chromatography. 2007. V. 21. N 6. P. 553–566. doi: 10.1002/bmc.835
2. Miekisch W., Schubert J.K., Noeldge-Schomburg G.F.E. Diagnostic potential of breath analysis – focus on volatile organic compounds // Clinica Chimica Acta. 2004. V. 347. N 1–2. P. 25–39. doi: 10.1016/j.cccn.2004.04.023
3. Bögözi T., Popp J., Frosh T. Fiber-enhanced Raman multi-gas spectroscopy: what is the potential of its application to breath analysis? // Bioanalysis. 2015. V. 7. N 3. P. 281–284. doi: 10.4155/BIO.14.299
4. Wojtas J., Bielecki Z., Stacewicz T., Mikołajczyk J., Nowakowski M. Ultrasensitive laser spectroscopy for breath analysis // Opto-Electronics Review. 2001. V. 20. N 1. P. 26–39. doi: 10.2478/s11772-012-0011-4
5. Krotov A. Modern methodological approaches in the evaluation of nasal breathing function // Vestnik Otorinolaringologii. 1998. N 4. P. 51–52. (In Russian)
6. Voronin A.A., Luk'yanov G.N., Neronov R.V. Computational modeling of airflow in nonregular shaped channels // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 2013. N 3(85). P. 113–118.
7. Luk'yanov G.N., Polishuk S.A. Nonlinear dynamical modeling for interaction processes of human breathing and tachycardia on the basis of given measurements // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 2013. N 4(86). P. 67–72.
8. Mutlu G.M., Garey K.W, Robbins R.A., Danziger L.H., Rubinstein I. Collection and analysis of exhaled breath condensate in humans // American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 2001. V. 164. N 5. P. 731–737. doi: 10.1164/ajrccm.164.5.2101032
9. Voronin A.A., Luk'yanov G.N., Frolov E.V. Detached-eddy simulation of turbulent airflow // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 2014. N 1(89). P. 187–192.
10. Kistenev Y.V., Akbasheva O.E., Kutshma O.S., Dyukova E.V., Stepanova E.A., Pavlov V.S., Gulaja V.S. The gas composition of exhaled air and biochemical indicators of sputum in chronic obstructive pulmonary disease // Health & Education Millennium. 2012. V. 14. N 2. P. 68.
11. Yanov, Y., Shcherbakova N., Nacharov P. An analysis of the gas composition of exhaled air in the diagnosis of diseases // Russian Otorhinolaryngology. 2005. N 4. P. 126–132.
12. Herbig J., Müller M., Schallhart S., Titzmann T., Graus M., Hansel A. On-line breath analysis with PTR-TOF // Journal of Breath Research. 2009. V. 3. N 2. Art. 027004. doi: 10.1088/1752-7155/3/2/027004
13. Schulze-König T., Wacker L., Synal H.-A. Direct radiocarbon analysis of exhaled air // Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2011. V. 26. N 2. P. 287–292. doi: 10.1039/C0JA00039F
14. Portner P.M., LaForge D.H. Method and Apparatus for Pulmonary Function Analysis. Patent US4083367, 1978.
15. Schlüter S., Popovska-Leipertz N., Seeger T., Leipertz A. Gas sensor for volatile anesthetic agents based on Raman scattering // Physics Procedia. 2012. V. 39. P. 835–842. doi: 10.1016/j.phpro.2012.10.108
16. Schlüter S., Asbach S., Popovska-Leipertz N., Seeger T., Leipertz A. A signal enhanced portable Raman probe for anesthetic gas monitoring // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 2015. V. 15. N 2. P. 215–226. doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-2-218-226
17. Schrader B., Bougeard D. Infrared and Raman Spectroscopy. Methods and Applications. NY: Wiley-VCH, Weinheim, 1995. 787 p.
18. Tobin M. C. Laser Raman Spectroscopy. NY: Wiley-Interscience, 1971.
19. Herzberg G. Molecular Spectra and Molecular Structure. I. Spectra of diatomic molecules. 2nd ed. D. van Nostrand Company Inc., 1966. 672 p.
20. Herzberg G. Molecular Spectra and Molecular Structure. II. Infrared and Raman spectra of polyatomic molecules. 2nd ed. D. van Nostrand Company Inc., 1966. 644 p.
21. Hill R.A., Mulac A.J., Hackett C.E. Retroreflecting multipass cell for Raman scattering // Applied Optics. 1977. V. 16. N 7. P. 2004–2006. doi: 10.1364/AO.16.002004
22. Hill R.A., Hartley D.L. Focused, multiple-pass cell for Raman scattering // Applied Optics. 1974. V. 13. N 1. P. 186–192. doi: 10.1364/AO.13.000186
23. Santavicca D.A. A high energy, long pulse Nd: Yag laser multipass cell for Raman scattering diagnostics // Optics Communication. 1979. V. 30. N 3. P. 423–425. doi: 10.1016/0030-4018(79)90385-7
24. Waldherr G.A., Lin H. Gain analysis of an optical multipass cell for spectroscopic measurements in luminous environments // Applied Optics. 2008. V. 47. N 7. P. 901–907. doi: 10.1364/AO.47.000901
25. Eichmann S.C., Weschta M., Kiefer J., Seeger T., Leipertz A. Characterization of a fast gas analyzer based on Raman scattering for the analysis of synthesis gas // Review of Scientific Instruments. 2010. V. 81. N 12. Art. 125104. doi: 10.1063/1.3521397
 



Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика