Mõni aasta tagasi töötas professor Birgitta Bernhardt ja tema rühm Austrias Grazi Tehnikaülikooli (TÜ Grazi) Eksperimentaalfüüsika Instituudist välja maailma esimese lairiba UV-kahe{0}}kammspektromeetri, et tuvastada ja mõõta reaalajas õhusaasteaineid (gaase). Ja nüüd on nad loonud kompaktse mobiiliversiooni (vaata videot)-veelgi tundlikuma ja täpsema-, et jäädvustada õhusaasteainete molekulaarseid sõrmejälgi kõrge spektraaleraldusvõimega (1 GHz), laia ribalaiusega (12 THz) ja 2,5 kilomeetri (1,55 miili) raadiuses vähem-sekundis.
Kahe-kammspektroskoopia ühendab endas kõrge spektrieraldusvõime, laia spektri katvuse ja lühikesed võteajad. Kuigi see lähenemisviis on tuntud oma tugevuste poolest infrapuna (IR) spektripiirkonnas, jääb UV-spektripiirkond otsese sagedusega kammallikate puudumise tõttu mõnevõrra alauurimata.
Kuid UV-spektripiirkond "on äärmiselt oluline ja meie seade võimaldab juurdepääsu mitte ainult molekulaarsete proovide pöörlemis- ja vibratsiooniteabele, vaid ka ergutada elektroonilisi üleminekuid, " ütleb Bernhardt. "Need on mitmesuguste fotokeemiliste reaktsioonide käivitajad, mis on meie atmosfääri fotokeemia jaoks väga olulised."
Kaks lasersageduskammi
Kahe-kammispektroskoopia ühendab kaks lasersageduskammi, millel on veidi erinev kordussagedus, ja kui need impulssjadad häirivad,-muundab see kõrged optilised sagedused tõhusalt otse juurdepääsetavaks raadiosagedusalaks.
"Samuti saame lihtsa fotodioodi abil mõõta kontrollitavate proovide optilisi omadusi -absorptsiooni või dispersiooni-," ütleb Bernhardt. "Seda tehnikat kasutatakse nüüd UV-piirkonnas kompaktse ühe-kaviteetse-kammlaseri IR-väljundi sageduse kolmekordistamisega."
Tänu kahe{0}}kammi põhimõttele saavutab nende spektromeeter lahutusvõime ühe miljoni võrra alla-sekundilise mõõtmisajaga. "See on ainulaadne kombinatsioon, mida tavaliste võrespektromeetrite või monokromaatoritega ei saavutata, " ütleb Bernhardt.
Main benefits of the group's design changes? Broad spectral coverage of >10 THz, lühikesed võteajad (pool sekundit), kõrge eraldusvõime 1 000 000, kõrge tundlikkus (neeldumisristlõiked kuni 10-22cm2/molekul) ja suure täpsusega{0}}kõike alauuritud UV-spektripiirkonnas.
"Meie seadistus on mobiilne ega vaja keerulisi elektroonilisi stabiliseerimisseadmeid, " juhib Bernhardt tähelepanu. "Meie eelmine projekt hõlmas täiendavat elektroonilist riiulit. Selle lihtsustamisega on spektromeeter muutumas kasutajasõbralikuks-ja mitte ainult spektroskoopiaekspertide jaoks."
Enneolematu UV-kamm-{0}}kamm-spektromeetri täpsus
Rühma mobiilne UV-kahe{0}}kammspektromeeter võimaldas teadlastel täpselt mõõta formaldehüüdi (atmosfääri saasteaine ja lenduva orgaanilise ühendi) UV-valguse neeldumismustreid. Need mõõtmised olid nii täpsed, "avastasime palju formaldehüüdi resonantse, mida pole kunagi varem eksperimentaalselt täheldatud, " ütleb Bernhardt. "See oli suurepärane hetk!"
Tegelikult näitasid nende mõõtmised, et formaldehüüdi pöörlemiskonstandid füüsikaõpikutes alates 1960. aastatest on ebatäpsed. Tehes koostööd USA astrofüüsika keskuse Harvardi ja Smithsoniani aatomite ja molekulaarfüüsika osakonnaga, korrigeerisid Bernhardt ja tema rühm selle põhimolekuli -spetsiifilise parameetri väärtusi kuni 15%.
Professor Rolf Breinbauer ja tema rühm TU Grazi Orgaanilise Keemia Instituudist aitasid sellesse töösse kaasa, pakkudes kõrge -puhtusastmega formaldehüüdi.
Krediit: Wolf/TU Graz
Uurijad laboris mobiilse UV-kahe{0}}kammspektromeetriga-(vasakult paremale) Rolf Breinbauer, Birgitta Bernhardt, Clemens Hoffman ja Mithun Pal.
Järgmisena: veelgi kompaktsem ja stabiilsem?
Kõikjal, kus spektraalsignatuurid võivad huvi pakkuda, leidub mobiilse UV-kahe{0}}kamm-spektromeetri rakendusi. Seda saab kasutada fundamentaalseks spektroskoopiaks (mis tahes liigi põhiliste optiliste omaduste uurimiseks), õhukvaliteedi mõõtmiseks (saasteainete atmosfääri keemia), biosenseerimiseks ja isegi meditsiiniliseks hingamisanalüüsiks.
On selge, et õhukvaliteedi mõõtmise täpsuse parandamine paistab silma selle potentsiaali tõttu, mis aitab demüstifitseerida atmosfääri õhusaastet ja selle mõju Maale.
"Meie spektromeeter töötab alati minu koherentse andmise rühmas Grazis TU, " ütleb Bernhardt. "Kuna uuritavaid liike on palju, uurime võimalusi, kuidas muuta seade veelgi kompaktsemaks, et teha sellega õhukvaliteedi mõõtmise välikampaaniaid."
