Том 23, номер 05, статья № 5

Аннотация:

Кратко изложена суть физических процессов, которые могут быть использованы для дистанционной диагностики биоаэрозоля, оценена чувствительность измерений на основе спектроскопической информации о ряде биоаэрозолей, приведены некоторые показательные результаты. Сделан вывод о перспективах и возможностях дистанционного определения качественного состава биоаэрозолей и их количественного содержания в атмосфере. Рассмотрение ограничено видимым и ближним УФ-диапазонами спектра.

Ключевые слова:

биоаэрозоль, флуоресценция, комбинационное рассеяние, эмиссионная спектроскопия, лидар

Список литературы:

1. Woodruff W.H., Spiro T.G., Gilvarg C. Raman Spectroscopy In Vivo: Evidence on the Structure of Dipicolinate in Intact Spores of Bacillus Megaterium // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1974. V. 58. N 1. P. 197-203.
2. Fleischmann M., Hendra P.J., McQuillan A.J. Raman spectra of pyridine adsorbed at a silver electrode // Chem. Phys. Lett. 1974. V. 26. N 2. P. 163-166.
3. Chadha S., Manoharan R., Moenne-Loccoz P., Nelson W.H., Peticolas W.L., Sperry J.F. Comparison of the UV resonance Raman spectra of bacteria, bacterial cell walls, and ribosomes excited in the deep UV // Appl. Spectrosc. 1993. V. 47. N 1. P. 38-43.
4. Manoharan R., Ghiamati E., Chadha S., Nelson W.H., Sperry J.F. Effect of cultural conditions of deep UV resonance Raman spectra of bacteria // Appl. Spectrosc. 1993. V. 47. N 12. P. 2145-2150.
5. Nelson W.H., Manoharan R., Sperry J.F. UV resonance Raman studies of bacteria // Appl. Spectrosc. Rev. 1992. V. 27. N 1. P. 67-124.
6. Ghiamati E., Manoharan R., Nelson W.H., Sperry J.F. UV resonance Raman spectra of Bacillus spores // Appl. Spectrosc. 1992. V. 46. N 2. P. 357-364.
7. Lopez-Diez E.C., Goodacre R. Characterization of microorganisms using UV reseonance Raman spectroscopy and chemometrics // Anal. Chem. 2004. V. 76. N 3. P. 585-591.
8. Jarvis R.M., Goodacre R. Ultra-violet resonance Raman spectroscopy for rapid discrimination of urinary tract infection bacteria // FEMS Microbiol. Lett. 2004. V. 232. N 2. P. 127-132.
9. Chadha S., Nelson W.H., Sperry J.F. Ultra-violet micro-Raman spectrograph for the detection of small numbers of bacterial cells // Rev. Sci. Instrum. 1993. V. 64. N 11. P. 3088-3093.
10. Britton K.A., Dalterio R.A., Nelson W.H., Britt D., Sperry J.F. Ultraviolet resonance Raman spectra of Escherichia coli with 222.5-251.0 nm pulsed laser excitation // Appl. Spectrosc. 1988. V. 42. N 5. P. 782-788.
11. Wu Q., Hamilton T., Nelson W.H., Elliott S., Sperry J.F., Wu M. UV Raman spectral intensities of E. coli and other bacteria excited at 228.9, 244.0 and 248.2 nm // Anal. Chem. 2001. V. 73. N 14. P. 3432-3440.
12. Manoharan R., Ghiamati E., Chadha S., Nelson W.H., Sperry J.F. Effect of cultural conditions of deep UV resonance Raman spectra of bacteria // Appl. Spectrosc. 1993. V. 47. N 12. P. 2145-2150.
13. Harriman A. Photophysical processes in condensed phases // Photochemistry. V. 33 / Ed. by A. Gilbert. London: The Royal Society of Chemistry, 2002. P. 13-50.
14. Кондратьев К.Я., Поздняков Д.В. Оптические свойства природных вод и дистанционное зондирование фитопланктона. Л.: Наука, 1988. 183 с.
15. Gelbwach J., Birnbaum M. Fluorescence of atmospheric aerosols and lidar implication // Appl. Opt. 1973. V. 12. N 10. Р. 2442-2447.
16. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. М.: Мир, 1987. 550 с.
17. Laucks M.L., Roll G., Schweiger G., Davis E.J. Physical and chemical (Raman) characterization of bioaerosols-pollen // J. Aerosol Sci. 2000. V. 31. N 3. Р. 307-319.
18. Alupoaei C.E., Garcia-Rubio L.H. Growth behavior of microorganisms using UV-Vis spectroscopy: Escherichia coli // Biotechnol. Bioeng. 2004. V. 86. N 2. Р. 163-167.
19. Alupoaei C.E., Olivares J.A., Garcia-Rubio L.H. Quantitative spectroscopy analysis of prokaryotic cells: vegetative cells and spores // Biosensor. Bioelect. 2004. V. 19. N 8. Р. 893-903.
20. Hill S.C., Pinnick R.G., Nachman P., Chen G., Chang R.K., Mayo M.W., Fernandez G.L. Aerosol-fluorescence spectrum analyzer: real-time measurement of emission spectra of airborne biological particles // Appl. Opt. 1995. V. 34. N 30. Р. 7149-7155.
21. Pan Y.L., Holler S., Chang R.K., Hill S.C., Pinnick R.G., Niles S., Bottiger J.R. Single-shot fluorescence spectra of individual micrometer-sized bio-aerosols illuminated by a 351- or a 266-nm ultraviolet laser // Opt. Lett. 1999. V. 24. N 2. Р. 116-118.
22. Hill S.C., Pinnick R.G., Niles S., Pan Y.L., Holler S., Chang R.K., Bottiger J., Chen B.T., Orr C.S., Feather G. Real-time measurement of fluorescence spectra from single airborne biological particles // Field Anal. Chem. Tech. 1999. V. 3. N 4-5. Р. 221-239.
23. Eversole J.D., Hardgrove J.J., Cary W.K., Choulas D.P., Seaver M. Continuous, rapid biological aerosol detection with the use of UV fluorescence: Outdoor test results // Field Anal. Chem. Tech. 1999. V. 3. N 4-5. Р. 249-259.
24. Eversole J.D., Cary W.K., Scotto C.S., Pierson R., Spence M., Campillo A.J. Continuous bioaerosol monitoring using UV excitation fluorescence: Outdoor test results // Field Anal. Chem. Tech. 2001. V. 5. N 4. Р. 205-212.
25. Pan Y.L., Hartings J., Pinnick R.G., Hill S.C., Halverson J., Chang R.K. Single-particle fluorescence spectrometer for ambient aerosols // Aerosol Sci. Tech. 2003. V. 37. N 8. Р. 628-639.
26. Nachman P., Chen G., Pinnick R.G., Hill S.C., Chang R.K., Mayo M.W., Fernandez G.L. Conditional-sampling spectrograph detection system for fluorescence measurements of individual airborne biological particles // Appl. Opt. 1996. V. 35. N 7. Р. 1069-1076.
27. Chen G., Nachman P., Pinnick R.G., Hill S.C., Chang R.K. Conditional-firing aerosol-fluorescence spectrum analyzer for individual airborne particles with pulsed 266-nm laser excitation // Opt. Lett. 1996. V. 21. N 16. Р. 1307-1309.
28. Kaye P.H., Barton J.E., Hirst E., Clark J.M. Simultaneous light scattering and intrinsic fluorescence measurement for the classification of airborne particles // Appl. Opt. 2000. V. 39. N 21. Р. 3738-3745.
29. Sivaprakasam V., Huston A.L., Scotto C., Eversole J.D. Multiple UV wavelength excitation and fluorescence of bio-aerosols // Opt. Express. 2004. V. 12. N 19. Р. 4457-4466.
30. Cheng Y.S., Barr E.B., Fan B.J., Hargis P.J., Rader D.J., O'Hern T.J., Torczynski J.R., Tisone G.C., Preppernau B.L., Young S.A., Radloff R.J. Detection of bioaerosols using multiwavelength UV fluorescence spectroscopy // Aerosol Sci. Tech. 1999. V. 30. N 2. Р. 186-201.
31. Hill S.C., Pinnick R.G., Nachman P. Conditional-sampling spectrograph detection system for fluorescence measurements of individual airborne biological particles. // Appl. Opt. 1996. V. 35. N 7. Р. 1069-1076.
32. Schroder K.L., Hargis P.J., Jr., Schmitt R.L., Rader D.J., Shokair I.R. Development of an unattended ground sensor for ultraviolet laser induced fluorescence detection of biological agent aerosols // Proc. SPIE. 1999. V. 3855. P.82-91.
33. Leblanc L., Dufour E. Monitoring the identity of bacteria using their intrinsic fluorescence // FEMS Microbiol. Lett. 2002. V. 211. N 2. P. 147-153.
34. Pinnick R.G., Hill S.C., Nachman P., Videen G., Chen G., Chang R.K. Aerosol fluorescence spectrum analyzer for rapid measurement of single micrometersized airborne biological particles // Aerosol Sci. Tech. 1998. V. 28. N 2. P. 95-104.
35. Jonsson P., Kullander F., Wasterby P., Tiihonen M., Lindgren M. Detection of fluorescence spectra of individual bioaerosol particles // Proc. SPIE. 2005. V. 5990. 59900M.
36. Сухов Л.Т. Лазерный спектральный анализ. Новосибирск: Наука, 1990. 139 с.
37. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Зуев В.Е., Кабанов А.М., Погодаев В.А. Нелинейная оптика атмосферного аэрозоля. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 260 с.
38. Оптический разряд в аэрозолях / Ю.Д. Копытин, Ю.М. Сорокин, А.М. Скрипкин, Н.Н. Белов, В.И. Букатый. Новосибирск: Наука, 1990. 159 с.
39. Harmon R.S., De Lucia F.C., Munson C.A., Miziolek A.W., McNesby K.L. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) - An Emerging Field-Portable Sensor Technology for Real-Time Chemical Analysis for Military, Security and Environmental Applications // Proc. SPIE. 2005. V. 5994. 59940K.
40. Зуев В.Е., Банах В.А., Покасов В.В. Оптика турбулентной атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 270 с.
41. Wolf J.P. Detection and identification of bacteria in air using femtosecond spectroscopy // Analysis and Control of Ultrafast Photoinduced Reactions. Berlin; Heidelberg: Springer, 2007. P. 807-828.
42. Xu H.L., M'ejean G., Liu W., Kamali Y., Daigle J.-F., Azarm A., Simard P.T., Mathieu P., Roy G., Simard J.-R., Chin S.L. Remote detection of similar biological materials using femtosecond filament-induced breakdown spectroscopy // Appl. Phys. B. 2007. V. 87. N 1. P. 151-156.
43. Faris G.W., Copeland R.A., Mortelmans K., Bronk B.V. Spectrally resolved absolute fluorescence cross sections for bacillus spores // Appl. Opt. 1997. V. 36. N 4. P. 958-967.
44. Kunnil J., Sarasanandarajah S., Chacko E., Reinisch L. Fluorescence quantum efficiency of dry Bacillus globigii spores // Opt. Express. 2005. V. 13. N 22. P. 8969-8979.
45. Atkins J., Thomas M.E., Joseph R.I. Spectrally resolved fluorescence cross sections of BG and BT with a 266-nm pump wavelength // Proc. SPIE. 2007. V. 6554. 65540T.
46. Cabredo S., Parra A., Anzano J. Bacteria Spectra Obtained by Laser Induced Fluorescence // J. Fluoresc. 2007. V. 17. N 2. 171-180.
47. Hug W.F., Bhartia R., Taspin A., Lane A., Conrad P., Sijapati K., Reid R.D. Status of Miniature Integrated UV Resonance Fluorescence and Raman Sensors for Detection and Identification of Biochemical Warfare Agents // Proc. SPIE. 2005. V. 5994. 59940J.
48. Аналитическая химия. Проблемы и подходы. В 2 т. / Под ред. Р. Кельнер, Ж.-М. Мерме, M. Отто, Г.М. Виднер; Пер с англ. М.: Мир + АСТ, 2004. T. 1. 608 c.; T. 2. 728 с.
49. Марьянов Б.М. Избранные главы хемометрики. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2004. 164 с.
50. Sharma S.K., Porter J.N., Misra A.K., Hubble H.W., Menon P. Portable stand-off Raman and Mie-Rayleigh lidar for cloud, aerosol, and chemical monitoring // Proc. SPIE. 2003. V. 5154. P. 1-14.
51. Wu M., Ray M., Fung K.H., Ruckman M.W., Harder D., Sedlacek A.J., III. Stand-off detection of chemicals by UV Raman spectroscopy // Appl. Spectrosc. 2000. V. 54. N 6. P. 800-806.
52. Балин Ю.С., Коханенко Г.П., Куряк А.Н., Макогон М.М., Новоселов М.М., Пономарев Ю.Н., Рынков О.А., Симонова Г.В. Мобильный аэро-зольно-флуоресцентный лидар // Мат-лы XVI Междунар. симпоз. "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы". Томск, 12-15 октября 2009. Томск: ИОА СО РАН, 2009. С. 496-499.
53. Christesen S.D., Merrow C.N., DeSha M.S., Wong A., Wilson M.W., Butler J. UV fluorescence lidar detection of bioaerosols // Proc. SPIE. 1994. V. 2222. P. 228-237.
54. URL: http://www.fibertek.com/Projects_05_Bio.html
55. Buteau S., Stadnyk L., Rowsell S., Simard J.-R., Ho J., Dery B., McFee J. Spectrally resolved Laser-Induced Fluorescence for Bioaerosols Standoff Detection // Proc. SPIE. 2007. V. 6756. 675608.
56. Kumar A., Sharma P.C. Uses of LIBS Technology in Biological Media // Proc. SPIE. 2006. V. 6377. 637701.