Nouvelles stratégies pour l’analyse des cyanotoxines par spectrométrie de masse

Les cyanobactéries ont une place très importante dans les écosystèmes aquatiques et un nombre important d’espèces considéré comme nuisible de par leur production de métabolites toxiques. Ces cyanotoxines possèdent des propriétés très variées et ont souvent été associées à des épisodes d’empoisonnement. L’augmentation des épisodes d’efflorescence d’origine cyanobactériennes et le potentiel qu’ils augmentent avec les changements climatiques a renchéri l’intérêt de l’étude des cyanobactéries et de leurs toxines. Considérant la complexité chimique des cyanotoxines, le développement de méthodes de détection simples, sensibles et rapides est toujours considéré comme étant un défi analytique. Considérant ces défis, le développement de nouvelles approches analytiques pour la détection de cyanotoxines dans l’eau et les poissons ayant été contaminés par des efflorescences cyanobactériennes nuisibles a été proposé. Une première approche consiste en l’utilisation d’une extraction sur phase solide en ligne couplée à une chromatographie liquide et à une détection en spectrométrie de masse en tandem (SPE-LC-MS/MS) permettant l’analyse de six analogues de microcystines (MC), de l’anatoxine (ANA-a) et de la cylindrospermopsine (CYN). La méthode permet une analyse simple et rapide et ainsi que la séparation chromatographique d’ANA-a et de son interférence isobare, la phénylalanine. Les limites de détection obtenues se trouvaient entre 0,01 et 0,02 μg L-1 et des concentrations retrouvées dans des eaux de lacs du Québec se trouvaient entre 0,024 et 36 μg L-1. Une deuxième méthode a permis l’analyse du b-N-méthylamino-L-alanine (BMAA), d’ANA-a, de CYN et de la saxitoxine (STX) dans les eaux de lac contaminés. L’analyse de deux isomères de conformation du BMAA a été effectuée afin d’améliorer la sélectivité de la détection. L’utilisation d’une SPE manuelle permet la purification et préconcentration des échantillons et une dérivatisation à base de chlorure de dansyle permet une chromatographie simplifiée. L’analyse effectuée par LC couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) et des limites de détections ont été obtenues entre 0,007 et 0,01 µg L-1. Des échantillons réels ont été analysés avec des concentrations entre 0,01 et 0,3 µg L-1 permettant ainsi la confirmation de la présence du BMAA dans les efflorescences de cyanobactéries au Québec. Un deuxième volet du projet consiste en l’utilisation d’une technologie d’introduction d’échantillon permettant des analyses ultra-rapides (< 15 secondes/échantillons) sans étape chromatographique, la désorption thermique à diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI) et à la spectrométrie de masse (MS). Un premier projet consiste en l’analyse des MC totales par l’intermédiaire d’une oxydation de Lemieux permettant un bris de la molécule et obtenant une fraction commune aux multiples congénères existants des MC. Cette fraction, le MMPB, est analysée, après une extraction liquide-liquide, par LDTD-APCI-MS/MS. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et des concentrations entre 1 et 425 µg L-1 ont été trouvées dans des échantillons d’eau de lac contaminés du Québec. De plus, une analyse en parallèle avec des étalons pour divers congénères des MC a permis de suggérer la possible présence de congénères ou d’isomères non détectés. Un deuxième projet consiste en l’analyse directe d’ANA-a par LDTD-APCI-HRMS pour résoudre son interférence isobare, la phénylalanine, grâce à la détection à haute résolution. La LDTD n’offre pas de séparation chromatographique et l’utilisation de la HRMS permet de distinguer les signaux d’ANA-a de ceux de la phénylalanine. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et la méthode a été appliquée sur des échantillons réels d’eau avec un échantillon positif en ANA-a avec une concentration de 0,21 µg L-1. Finalement, à l’aide de la LDTD-APCI-HRMS, l’analyse des MC totales a été adaptée pour la chair de poisson afin de déterminer la fraction libre et liée des MC et comparer les résultats avec des analyses conventionnelles. L’utilisation d’une digestion par hydroxyde de sodium précédant l’oxydation de Lemieux suivi d’une purification par SPE a permis d’obtenir une limite de détection de 2,7 µg kg-1. Des échantillons de poissons contaminés ont été analysés, on a retrouvé des concentrations en MC totales de 2,9 et 13,2 µg kg-1 comparativement aux analyses usuelles qui avaient démontré un seul échantillon positif à 2 µg kg-1, indiquant la possible présence de MC non détectés en utilisant les méthodes conventionnelles.

High-precision diode-laser-based temperature measurement for air refractive index compensation

We present a laser-based system to measure the refractive index of air over a long path length. In optical distance measurements it is essential to know the refractive index of air with high accuracy. Commonly, the refractive index of air is calculated from the properties of the ambient air using either Ciddor or Edlén equations, where the dominant uncertainty component is in most cases the air temperature. The method developed in this work utilises direct absorption spectroscopy of oxygen to measure the average temperature of air and of water vapor to measure relative humidity. The method allows measurement of temperature and humidity over the same beam path as in optical distance measurement, providing spatially well matching data. Indoor and outdoor measurements demonstrate the effectiveness of the method. In particular, we demonstrate an effective compensation of the refractive index of air in an interferometric length measurement at a time-variant and spatially non-homogenous temperature over a long time period. Further, we were able to demonstrate 7 mK RMS noise over a 67 m path length using 120 s sample time. To our knowledge, this is the best temperature precision reported for a spectroscopic temperature measurement.

Measuring the linewidth of a stabilized diode laser

We demonstrate a straightforward technique to measure the linewidth of a grating-stabilized diode laser system - known as an external cavity diode laser (ECDL) - by beating the output of two independent ECDLs in a Michelson interferometer, and then taking the Fourier transform of the beat signal. The measured linewidth is the sum of the linewidths of the two laser systems. Assuming that the two are equal, we find that the linewidth of each ECDL measured over a time period of 2. s is about 0.3 MHz. This narrow linewidth shows the advantage of using such systems for high-resolution spectroscopy and other experiments in atomic physics.

Stabilization of optical Fabry-Perot sensor by active feedback control of diode laser

This paper presents the design and characterization of a fiber Fabry-Perot interferometer (FFPI) acoustic wave detector with its Q point being stabilized actively. The relationship between the reflectivity of the F-P cavity facets and cavity length was theoretically analyzed, and high visibility of 100% was realized by optimized design of the F-P cavity. To prevent the drifting of the Q point, a new stabilization method by actively feedback controlling of the diode laser is proposed and demonstrated, indicating the method is simple and easy operating. Measurement shows that good tracing of Q point was effectively realized. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Building up a frequency stabilisation based on a wavemeter for a diode laser and characterisation for a digital mirror device for artificial potentials

It has built and characterised a laser and It has learned what each of the components does. It has been able to run the laser in single-mode and stabilised it around a desired setpoint thanks to a PID controller that It has programmed. It has established a communication between the PID controller programmed in LabVIEW and Arduino Due, the DAC that It has chosen after comparing it with another candidate. It has learned some basics of how the LightCrafter 4500 DMD works. The projected light is the composition of the lights of three LED’s, each of which has a certain on-time. The mirrors chose to be in on- or off-stages depending to the amount of intensity that we want for each colour.

Diode laser pumped, KERR phase-shifting and switching of a diode laser signal in a small area optical fibre

In this paper authors report the first demonstration of a diode laser powered Kerr effect device, consisting of a single birefringent fiber, able to phase-shift and switch an optical signal generated by a second laser diode. They have obtained fast, stable phase-shifting of 90° in a single fiber, at a coupled pump power of only 20 mW. Using this phase shift to induce polarization switching with resultant gating, 25% modulation of the diode laser signal has been observed, with a detection limited-rise time of 10ns.

First demonstration of two photon absorption in a semiconductor waveguide pumped by a diode laser

For the first time, lasers have been used to induce a fast all-optical nonresonant nonlinearity at wavelengths well beyond the band edge in a GaAs/GaAlAs multiquantum well waveguide. Using a Q-switched diode laser, which gave optical pulses of 3.5 ps duration and 7 W peak power, an intensity-dependent transmission was recorded that was consistent with the presence of two photon absorption in the waveguide. The measured two photon absorption coefficient was 11 ± 2cm/GW.

Ultrashort pulse generation in diode laser devices

The generation of ultrashort optical pulses by semiconductor lasers has been extensively studied for many years. A number of methods, including gain-/Q-switching and different types of mode locking, have been exploited for the generation of picosecond and sub-picosecond pulses [1]. However, the shortest pulses produced by diode lasers are still much longer and weaker than those that are generated by advanced mode-locked solid-state laser systems [2]. On the other hand, an interesting class of devices based on superradiant emission from multiple contact diode laser structures has also been recently reported [3]. Superradiance (SR) is a transient quantum optics phenomenon based on the cooperative radiative recombination of a large number of oscillators, including atoms, molecules, e-h pairs, etc. SR in semiconductors can be used for the study of fundamental properties of e-h ensembles such as photon-mediated pairing, non-equilibrium e-h condensation, BSC-like coherent states and related phenomena. Due to the intrinsic parameters of semiconductor media, SR emission typically results in the generation of a high-power optical pulse or pulse train, where the pulse duration can be much less than 1 ps, under optimised bias conditions. Advantages of this technique over mode locking in semiconductor laser structures include potentially shorter pulsewidths and much larger peak powers. Moreover, the pulse repetition rate of mode-locked pulses is fixed by the cavity round trip time, whereas the repetition rate of SR pulses is controlled by the current bias and can be varied over a wide range. © 2012 IEEE.

Superradiant emission in semiconductor diode laser structures

This paper reviews recent advances in superradiant (SR) emission in semiconductors at room temperature, a process which has been shown to enable the generation on demand of high power picosecond or subpicosecond pulses across a range of different wavelengths. The different characteristic features of SR emission from semiconductor devices with bulk, quantum-well, and quantum-dot active regions are outlined, and particular emphasis is placed on comparing the characteristic features of SR with those of lasing. Finally, potential applications of SR pulses are discussed. © 1995-2012 IEEE.