Дистанционный лазерный флуоресцентный метод обнаружения утечек нефти на длине волны возбуждения 266 нм

Федотов Ю.В., Белов М.Л., Городничев В.А.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Федотов Ю.В., Белов М.Л., Городничев В.А. Дистанционный лазерный флуоресцентный метод обнаружения утечек нефти на длине волны возбуждения 266 нм // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 5. С. 54–61. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-05-54-61

Fedotov Yu.V., Belov M.L., Gorodnichev V.A. Remote laser fluorescence method for oil leak detection at an excitation wavelength of 266 nm [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 5. P. 54–61. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-05-54-61

Ссылка на англоязычную версию:

Yu. V. Fedotov, M. L. Belov, and V. A. Gorodnichev, "Remote laser fluorescence method for oil leak detection at an excitation wavelength of 266 nm," Journal of Optical Technology. 89(5), 286-290 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000286

Аннотация:

Предмет исследования. Проведены анализ и обоснование возможности реализации дистанционного лазерного флуоресцентного метода обнаружения на земной поверхности утечек нефти на длине волны возбуждения флуоресценции 266 нм. Метод. Выполнены лабораторные исследования спектров лазерно-индуцированной флуоресценции чистой нефти и нефти, разлитой на разных почвах при различном времени после разлива, а также спектры лазерно-индуцированной флуоресценции природных и антропогенных элементов местности. Описана экспериментальная установка для дистанционных измерений сигналов лазерно-индуцированной флуоресценции от нефтяного загрязнения на земной поверхности при использовании источника лазерного излучения с длиной волны 266 нм, энергией в импульсе 0,3 мДж и одного спектрального канала приемника с центральной длиной волны 510 и шириной 84 нм. Проведены дистанционные исследования возможности обнаружения нефтяных загрязнений на фоне естественной растительности (кустарники, трава) и не загрязненной нефтью почвы на расстоянии 75 м с использованием излучения с длиной волны возбуждения флуоресценции 266 нм. Основные результаты. Получены спектры лазерно-индуцированной флуоресценции товарной нефти Рязанского нефтеперерабатывающего завода и нефти Альметьевского месторождения, а также спектры флуоресценции растительности, почв и асфальта. Анализ данных измерений спектров лазерно-индуцированной флуоресценции показывает, что максимум спектров нефти лежит в диапазоне 450–550 нм. Наибольшим помеховым сигналом при обнаружении разливов нефти на земной поверхности является лазерно-индуцированный флуоресцентный сигнал от растительности. Экспериментально показана возможность дистанционного обнаружения нефтяных загрязнений на фоне растительности и других элементов земного ландшафта как непосредственно после загрязнения, так и через два дня после него. Практическая значимость. экспериментально показана возможность дистанционного мониторинга на земной поверхности нефтяных загрязнений на длине волны возбуждения флуоресценции 266 нм на дистанциях порядка безопасных высот полета летательных аппаратов.

Ключевые слова:

лазерно-индуцированная флуоресценция, утечка нефти, земная поверхность, дистанционное обнаружение

Благодарность:

Авторы выражают благодарность АО «ПЕРГАМ-ИНЖИНИРИНГ», предоставившему образцы нефти.

Коды OCIS: 300.2530, 260.2510, 280.3640

Список источников:

1. Adesina G.O., Adelasoye K.A. Effect of crude oil pollution on heavy metal contents, microbial population in soil, and maize and cowpea growth // Agricultural Sci. 2014. V. 5. № 1. P. 43–50.
2. Osuagwu A.N., Okigbo A.U., Ekpo I.A., Chukwurah P.N., Agbor R.B. Effect of crude oil pollution on growth parameters, chlorophyll content and bulbils yield in air potato (Dioscorea bulbifera L.) // Internat. J. Appl. Sci. and Technol. 2013. V. 3. № 4. P. 37–42.
3. Allison E., Mandler B. Petroleum and the environment. American Geosciences Institute. 2018. 102 p.
4. Lotfinasabasl S., Gunale V.R., Rajurkar N.S. petroleum hydrocarbons pollution in soil and its bioaccumulation in mangrove species, Avicennia Marina from Alibaug mangrove // Internat. J. Advancements in Research & Technol. 2013. V. 2. № 2. P. 1–7.
5. Adegboye M.A., Fung W.-K., Karnik A. Recent advances in pipeline monitoring and oil leakage detection technologies: Principles and approaches // Sensors. 2019. V. 19. № 2548. Р. 1–36.
6. Система обнаружения утечек // URL: https://zetlab.com/produkciya/sistemy-pod-kluch/sistemaobnaruzheniya-utechek-sou/ (accessed: 4.11.2021).
7. Development of pipeline leak detection technologies // 10th Internat. Pipeline Conf. V. 1. Design and Construction; Environment; Pipeline Automation and Measurement. Calgary, Alberta, Canada, 2014. P. 1–8.
8. Pashayev A., Tagiyev B., Allahverdiyev K., Musayev A., Sadikhov I. Lidar for remote sensing of contaminations on water and earth surface taking place during oil-gas production // Proc. SPIE. 2015. V. 9810. P. 981018-1–981018-7.

9. Polombi L., Lognoli D., Raimondi V. Fluorescence LIDAR remote sensing of oils: Merging spectral and time-decay measurements // Proc. SPIE. 2013. V. 8887. P. 88870F-1–88870F-8.
10. Fedotov Yu.V., Kravtsov D.A., Belov M.L., Gorodnichev V.A. Experimental study of fluorescence spectra of oil pollutions on the terrain surface excited at 355 nm // Proc. SPIE. 2018. V. 10833. P. 108333C-1–108333C-6.
11. Naseer M.H., Ayad Z.M., Fareed F.R., Shahad I.Y. Determination of absorption and fluorescence spectrum of Iraqi crude oil // Amer. J. Phys. Appl. 2016. V. 4. № 3. P. 78–83.
12. Fingas M., Brown C.E. A review of oil spill remote sensing // Sensors. 2018. V. 18. № 91. P. 1–18.
13. Hussein A.E., Marzouk A. Characterization of petroleum crude oils using laser induced fluorescence // J. Petroleum & Environmental Biotechnol. 2015. V. 6. № 5. P. 1–6.
14. Федотов Ю.В., Белов М.Л., Кравцов Д.А., Городничев В.А. Лазерный флуоресцентный метод обнаружения утечек нефтепроводов на длине волны излучения 355 нм // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 2. P. 23–28.
15. Chappelle E.W., Corp L.A., McMurtrey J.E., Kim M.S., Daughtry C.S.T. Fluorescence: A diagnostic tool for the detection of stress in plants // Proc. SPIE. 1997. V. 2959. P. 1–10.
16. Bugden J.B.C., Yeung C.W., Kepkay P.E., Lee K. Application of ultraviolet fluorometry and excitation–emission matrix spectroscopy (EEMS) to fingerprint oil and chemically dispersed oil in seawater // Marine Pollution Bulletin. 2008. № 56. P. 677–685.
17. Ortenberg F. Ozone: Space vision — ASRI. Technion, Haifa, Israel, 2002. 100 p.
18. Андреев Г.А., Бисярин В.П., Соколов А.В., Стрелков Г.М. Распространение лазерного излучения в атмосфере Земли // Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника. 1977. T. 2. C. 1–148.
19. Alaruri S.D., Rasas M., Alamedine O., Jubian S., AI-Bahrani F., Quinn M. Remote characterization of crude and refined oils using a laser fluorosensor system // Opt. Eng. 1995. V. 34. № 1. P. 214–221.
20. Löhmannsröben H.-G., Schober L. Combinaion of laser-induced fluorescence and diffuse-reflectance spectroscopy for the in city analysis of Diesel-fuel-contaminated soils // Appl. Opt. 1999. V. 38. № 9. P. 1404–1410.
21. Karpicz R., Dementjev A., Kuprionis Z., Pakalnis S., Westphal R., Reuter R., Gulbinas V. Laser fluorosensor for oil spot detection // Lithuanian J. Phys. 2005. V. 45. № 3. P. 213–218.
22. Sivaprakasam V., Killinger D.K. Tunable ultraviolet laser-induced fluorescence detection of trace plastics and dissolved organic compounds in water // Appl. Opt. 2003. V. 42. № 33. P. 6739–6746.
23. Sharikova A.V., Killinger D.K. Laser- and UV-LED-induced fluorescence detection of dissolved organic compounds in water // Proc. SPIE. 2010. V. 7666. P. 76661L-1–76661L-9.
24. Ciuciu G.J., Secrieru D., Pavelescu G., Savastru D., Nicolae D., Talianu C., Nemue A. Investigation of seawater pollution on Black Sea Romanian coast // Proc. SPIE. 2006. V. 6522. P. 65221D-1–65221D-6.
25. Lai A., Santangelo E., Soressi G.P., Fantoni R. Analysis of the main secondary metabolites produced in tomato (Lycopersicon esculentum, Mill.) epicarp tissue during fruit ripening using fluorescence techniques // Postharvest Biology and Technol. 2007. V. 43. Р. 335–342.
26. Chappelle E.W., Corp L.A., McMurtrey III J.E., Kim M.S., Daughtry C.S.T. Fluorescence: A diagnostic tool for the detection of stress in plants // Proc. SPIE. 1997. V. 2959. P. 14–23.
27. Corp L.A., McMurtrey III J.E., Chappelle E.W., Daughtry C.S.T., Kim M.S., Mulchi C.L. Applications of fluorescence sensing systems to the remote assessment of nitrogen supply in field corn (Zea Mays L.) // Proc. SPIE. 1998. V. 3382. P. 80–90.
28. Федотов Ю.В., Матросова О.А., Белов М.Л., Городничев В.А. Метод обнаружения нефтяных загрязнений на земной поверхности, основанный на регистрации флуоресцентного излучения в трех узких спектральных диапазонах // Оптика атмосферы и океана. 2013. Т. 26. № 3. С. 208–212.