Adaptive real-time dual-comb spectroscopy

With the advent of laser frequency combs, coherent light sources that offer equally-spaced sharp lines over a broad spectral bandwidth have become available. One decade after revolutionizing optical frequency metrology, frequency combs hold much promise for significant advances in a growing number of applications including molecular spectroscopy. Despite its intriguing potential for the measurement of molecular spectra spanning tens of nanometers within tens of microseconds at Doppler-limited resolution, the development of dual-comb spectroscopy is hindered by the extremely demanding high-bandwidth servo-control conditions of the laser combs. Here we overcome this difficulty. We experimentally demonstrate a straightforward concept of real-time dual-comb spectroscopy, which only uses free-running mode-locked lasers without any phase-lock electronics, a posteriori data-processing, or the need for expertise in frequency metrology. The resulting simplicity and versatility of our new technique of adaptive dual-comb spectroscopy offer a powerful transdisciplinary instrument that may spark off new discoveries in molecular sciences.Comment: 10 pages, 5 figure

The HITRAN2020 Molecular Spectroscopic Database

The HITRAN database is a compilation of molecular spectroscopic parameters. It was established in the early 1970s and is used by various computer codes to predict and simulate the transmission and emission of light in gaseous media (with an emphasis on terrestrial and planetary atmospheres). The HITRAN compilation is composed of five major components: the line-by-line spectroscopic parameters required for high-resolution radiative-transfer codes, experimental infrared absorption cross-sections (for molecules where it is not yet feasible for representation in a line-by-line form), collision-induced absorption data, aerosol indices of refraction, and general tables (including partition sums) that apply globally to the data. This paper describes the contents of the 2020 quadrennial edition of HITRAN. The HITRAN2020 edition takes advantage of recent experimental and theoretical data that were meticulously validated, in particular, against laboratory and atmospheric spectra. The new edition replaces the previous HITRAN edition of 2016 (including its updates during the intervening years). All five components of HITRAN have undergone major updates. In particular, the extent of the updates in the HITRAN2020 edition range from updating a few lines of specific molecules to complete replacements of the lists, and also the introduction of additional isotopologues and new (to HITRAN) molecules: SO, CH3F, GeH4, CS2, CH3I and NF3. Many new vibrational bands were added, extending the spectral coverage and completeness of the line lists. Also, the accuracy of the parameters for major atmospheric absorbers has been increased substantially, often featuring sub-percent uncertainties. Broadening parameters associated with the ambient pressure of water vapor were introduced to HITRAN for the first time and are now available for several molecules. The HITRAN2020 edition continues to take advantage of the relational structure and efficient interface available at www.hitran.org and the HITRAN Application Programming Interface (HAPI). The functionality of both tools has been extended for the new edition

Laser spectroscopy for breath analysis : towards clinical implementation

Detection and analysis of volatile compounds in exhaled breath represents an attractive tool for monitoring the metabolic status of a patient and disease diagnosis, since it is non-invasive and fast. Numerous studies have already demonstrated the benefit of breath analysis in clinical settings/applications and encouraged multidisciplinary research to reveal new insights regarding the origins, pathways, and pathophysiological roles of breath components. Many breath analysis methods are currently available to help explore these directions, ranging from mass spectrometry to laser-based spectroscopy and sensor arrays. This review presents an update of the current status of optical methods, using near and mid-infrared sources, for clinical breath gas analysis over the last decade and describes recent technological developments and their applications. The review includes: tunable diode laser absorption spectroscopy, cavity ring-down spectroscopy, integrated cavity output spectroscopy, cavity-enhanced absorption spectroscopy, photoacoustic spectroscopy, quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy, and optical frequency comb spectroscopy. A SWOT analysis (strengths, weaknesses, opportunities, and threats) is presented that describes the laser-based techniques within the clinical framework of breath research and their appealing features for clinical use.Peer reviewe

Logistyczne aspekty ekologicznych wskaźników oddziaływania biogazowni rolniczej

Background: Poland must fulfill its obligations regarding increasing the share in the production of energy from renewable sources. By 2020, this share for Poland is to amount to a minimum of 15% of green energy consumption in final gross energy consumption. Poland has significant biomass potential that can be used for biogas production. Biogas can be produced in biogas installations installed in landfills, sewage treatment plants or agricultural biogas plants. Literature sources state that in studies of environmental effects concerning the operation of agricultural biogas plants, it is the logistics of the feedstock load that causes the greatest environmental burdens as well as that the distance to which the feedstock is transported significantly affects the growth of global warming potential. In this publication for the first time for Polish conditions will be presented the results of the analysis of logistics aspects and their impact on the ecological impact indicators of four agricultural biogas plants differing in the way the feedstock is provided. Methods: The assessment of ecological impact indicators was carried out using the Life Cycle Assessment (LCA) methodology based on ISO 14040-44 and using the LCIA Impact 2002+ method. In this method 15 impact categories are distinguished to which damage categories: Human health, Ecosystem quality, Climate change and Resources are assigned. Primary data obtained in the tested biogas plants and selected secondary data obtained from the Ecoinvent database v. 3.4 were processed using the SimaPro Ph.D. v. 8.3.0 calculation program. All results are analyzed relative to the functional unit defined as producing 1000 MWh of electricity. The analyzed four agricultural biogas plants are representative examples for particular types of agricultural biogas plants. Results: The results of the calculations show that the greatest environmental effects are related to the stage of providing the raw material in biogas installations, mainly due to the long-distance transport of substrates with the use of heavy transportation equipment. The results of the variant analysis show that transporting slurry with a pipeline would allow for 10-fold reduction of environmental damage in relation to BAU, i.e. transport by means of a farm tractor with a barrel. Conclusions: The logistics aspects of the operation of selected agricultural biogas plants differing in the way the feedstock is provided are one of the main factors affecting their ecological efficiency. The transport of raw materials, both as to the length of the transport route and the means of transport used, impact on the ecological impact indicators of agricultural biogas plants. The obtained positive environmental effects from the production of electricity from biogas are often significantly reduced by inadequate transport of raw materials or their transport over long distances. Further work is required to convince the biogas plants operators on the need of proper logistics solutions. Preferably if based on the results of the presented analyzes, they should consider submitting a logistics management system for the flow of raw materials in a biogas plant, to the certification for example in the ISCC system and REDcert.Wstęp: Polska musi wypełnić swoje zobowiązania dotyczące zwiększenia udziału energii ze źródeł odnawialnych w produkcji energii elektrycznej. Do roku 2020 ten udział dla Polski ma wynosić co najmniej 15% całkowitego zużycia energii w końcowym zużyciu energii brutto. Polska ma znaczny potencjał biomasy, który można wykorzystać do produkcji biogazu. Biogaz można produkować w instalacjach biogazowych instalowanych na składowiskach odpadów, oczyszczalniach ścieków lub biogazowniach rolniczych. Źródła literaturowe stwierdzają, że w badaniach skutków środowiskowych dotyczących eksploatacji biogazowni rolniczych, logistyka wsadu surowca powoduje największe obciążenia środowiska. Odległość, na której transportowany jest surowiec, znacząco wpływa na wzrost potencjału globalnego ocieplenia. W niniejszej publikacji po raz pierwszy dla polskich warunków zostaną przedstawione wyniki analizy aspektów logistycznych i ich wpływu na wskaźniki oddziaływania środowiskowego czterech biogazowni rolniczych różniących się sposobem podawania surowca. Metody: Ocena wskaźników oddziaływania ekologicznego została przeprowadzona przy użyciu metodologii Analizy cyklu Życia [Life Cycle Assessment (LCA)] opartej na normie ISO 14040-44 z zastosowaniem metody LCIA Impact 2002+. W tej metodzie wyodrębnia się 15 kategorii oddziaływania, do których zaliczane są takie kategorie szkód jak wpływ na zdrowie ludzi, wpływ na jakość ekosystemu, wpływ na zmiany klimatu i zasoby naturalne. Dane pierwotne uzyskane w badanych instalacjach biogazowych i wybrane dane wtórne uzyskane z bazy danych Ecoinvent v. 3.4 zostały przetworzone przy użyciu programu obliczeniowego SimaPro Ph.D. v. 8.3.0. Wszystkie wyniki były analizowane w odniesieniu do jednostki funkcjonalnej zdefiniowanej jako wytworzenie 1000 MWh energii elektrycznej w biogazowni rolniczej. Analizowane cztery biogazownie rolnicze są reprezentatywnymi przykładami dla poszczególnych rodzajów biogazowni rolniczych. Wyniki: Wyniki analiz wskazują, że największe negatywne efekty środowiskowe związane są z etapem dostarczania surowca do instalacji biogazowych, głównie ze względu na transport wsadu na duże odległości przy użyciu ciężkiego sprzętu transportowego. Wyniki analizy wariantowej pokazują, że transport gnojowicy za pomocą rurociągu pozwoliłby na 10-krotne zmniejszenie szkód środowiskowych w stosunku do BAU, tj. transportu za pomocą ciągnika rolniczego z beczką. Wnioski: Aspekty logistyczne działania wybranych biogazowni rolniczych różniących się sposobem podawania surowca są jednym z głównych czynników wpływających na jego efektywność ekologiczną. Transport surowców, zarówno pod względem długości trasy transportu, jak i wykorzystywanych środków transportu, wpływa na wskaźniki oddziaływania ekologicznego biogazowni rolniczych. Uzyskany pozytywny wpływ na środowisko wynikający z produkcji energii elektrycznej z biogazu jest często znacznie ograniczany przez niedostateczny transport surowców lub ich transport na duże odległości. Konieczne są dalsze prace, aby przekonać operatorów biogazowni o potrzebie odpowiednich rozwiązań logistycznych. Najlepiej, gdyby w oparciu o wyniki przedstawionych analiz rozważyli poddanie systemu zarządzania logistyką przepływu surowców w biogazowni certyfikacji np. w systemie ISCC oraz REDcert

Nanowaste as a new kind of waste potentially harmful to the environment

Nanoodpady to nowy rodzaj odpadów zawierających materiały nanometryczne. Wyróżnia się różne formy nanoodpadów. Gospodarka tymi odpadami oraz określenie poziomu ich szkodliwości to nowe wyzwania, na które zwraca uwagę coraz więcej naukowców. Pomocnym narzędziem może okazać się określenie norm klasyfikacji nanoodpadów. Zwraca się uwagę na potrzebę rozwoju badań w obszarze postępowania z nanoodpadami, w celu uniknięcia potencjalnych zagrożeń płynących z niekontrolowanego i nieprzewidzianego uwalniania nanocząstek z odpadów do środowiska naturalnego.Nanowaste is a new kind of waste containing nanometric materials. There are various forms of nanowaste. Nanowaste management and determining the level of environmental harmfulness of this waste is a new challenge, which draws attention of more and more researchers. Classification standards of nanowaste may be a helpful tool in this case. There is a need to develop research in the field of nanowaste treatment, to avoid uncontrolled and unexpected release of nanoparticles from waste into the environment

A study of the influence of selected transition metals on the solid state Reactivity in a Fe-KClO4 mixture

The effect of selected transition metal powders (Zn, Ti, Mo and nano-Fe), in the concentration range from 0-5 wt.%, when used as activators in the highly calorific mixture Fe-KClO4 (containing 16 wt.% KClO4), has been studied. It has been established that zinc and molybdenum powders can act as factors in decreasing the activation temperature and increasing the effectiveness of the oxidant used. Titanium powder increases the oxygen conversion rate and the amount of energy released. Iron nano-powder has only a slight influence on the above mentioned parameters

Aspects of nanomaterials for civil and military applications Part 1. The origin, characterization and methods of obtaining

W pracy przedstawiono podstawowe aspekty materiałów o wysokim stopniu zdyspergowania w skali nanometrycznej obejmujące pochodzenie, budowę i klasyfikację, wykazywane właściwości oraz ich metody wytwarzania. Osobliwe właściwości i zjawiska wykazywane przez te materiały sprawiły, że w ostatnich dwóch dekadach jesteśmy świadkami rewolucji materiałowej. Świadczy o tym zarówno i istotny wzrost intensywności prowadzonych prac badawczych jak i rosnący zakres możliwości praktycznego stosowania osiągnięć nanotechnologii we wszystkich dziedzinach naszego życia.At work are fundamental aspects of materials with a high degree of nanometric scale has dispersed, including their origin, construction and classification, reported properties and manufacturing methods. Peculiar properties and phenonena reported by these materials have made in the last two decades, we are witnessing a revolution in materials. These shows both a significant increase in the intensity of the carried out research work and the growing range of practical applications of nanotechnology advances in all areas of our lives

Aspects of nanomaterials for civil and military applications. Part 2. The use of and concerns arising from infiltration of the natural environment

Dynamiczny rozwój nanonauki i nanotechnologii sprawił, że w wielu dziedzinach nauki i w sektorach przemysłu zachodzą rewolucyjne zmiany budząc ogromne nadzieje na potencjalną możliwość rozwiązania całego szeregu istotnych problemów współczesnego świata. Nanostrukturalne materiały określane też mianem nanocząstek inżynierskich stanowiące produkt nanotechnologii wykazują w porównaniu do swoich odpowiedników w skali makro unikatowe właściwości fizyczne, chemiczne, biologiczne i mechaniczne. Wszystko to sprawia, że znajdują one coraz szersze praktyczne zastosowanie. W pracy zaprezentowano możliwości stosowania nanocząstek inżynierskich ze szczególnym uwzględnieniem sektora obronnego oraz obawy wynikające z ich uwalniania do środowiska przyrodniczego.The dynamic development of nanosciences and nanotechnologies has led to revolutionary changes in many areas of science and industry, raising a great deal of hope for the potential for solving all of the major problems of the modern world. Nanostructural materials, also known as nanoparticles, represent nanotechnology products with unique physical, chemical, biological and mechanical properties compared to their macroscale counterparts. All this lead to their increasingly practical to use. The paper presents the possibilities of the application of nanoparticles with particular regard to the defense sector and the concerns arising from their release into the natural environment

Degradability of organic-inorganic cellulose acetate butyrate hybrids in sea water

Environmental degradability of novel organic-inorganic cellulose acetate butyrate hybrids obtained via solgel process was investigated. The degradation of hybrids was studied under marine exposure conditions in the Baltic Sea for a period of 25 weeks. The influence of characteristic parameters of sea water on the degree of degradation monitored by changes of weight and optical microscopy was discussed. The degraded samples were also examined by FT-IR spectroscopy. It has been established that the CAB/silica hybrids are more susceptible to biodegradation in sea water environment than pure cellulose acetate butyrate