Prieš kelerius metus profesorė Birgitta Bernhardt ir jos grupė iš Graco technologijos universiteto (Graco TU) Eksperimentinės fizikos instituto Austrijoje sukūrė pirmąjį pasaulyje plačiajuostį dvigubą UV{0}}šukų spektrometrą, skirtą oro teršalams (dujoms) aptikti ir matuoti realiuoju laiku. Ir dabar jie sukūrė kompaktišką mobiliąją versiją (žr. vaizdo įrašą)-dar jautresnę ir tikslesnę-, kad būtų užfiksuoti oro teršalų molekuliniai pirštų atspaudai didelės spektrinės skiriamosios gebos (1 GHz), plačiajuosčio (12 THz) dažnio juostos pločiu (12 THz) ir 2,5 kilometro (1,55 mylios) diapazone.
Dviguba-šukos spektroskopija apjungia didelę spektrinę skiriamąją gebą, platų spektro aprėptį ir trumpą gavimo laiką. Nors metodas yra žinomas dėl savo privalumų infraraudonųjų spindulių (IR) spektrinėje srityje, UV spektrinė sritis išlieka šiek tiek neištirta, nes trūksta tiesioginio dažnio šukos šaltinių.
Tačiau UV spektrinė sritis „yra labai svarbi, o mūsų prietaisas leidžia pasiekti ne tik molekulinių mėginių sukimosi ir vibracijos informaciją, bet ir sužadinti elektroninius perėjimus“, – sako Bernhardtas. "Tai yra įvairių fotocheminių reakcijų, kurios yra labai svarbios mūsų atmosferos fotochemijai, sukėlėjai."
Dvi lazerinio dažnio šukos
Dviguba{0}}šukos spektroskopija sujungia dvi lazerinio dažnio šukes su šiek tiek skirtingu pasikartojimo dažniu, o kai šie impulsų sekiniai trukdo, aukštus optinius dažnius efektyviai konvertuoja į tiesiogiai pasiekiamą radijo dažnių sritį.
„Taip pat galime išmatuoti tikrinamų mėginių optines savybes-absorbciją- naudodami paprastą fotodiodą“, – sako Bernhardtas. "Šis metodas dabar naudojamas UV srityje, dažnis patrigubinamas kompaktiško vienos{3}}ertmės dvigubo{4} šukinio lazerio IR išvestis."
Dviejų{0}}šukučių principo dėka jų spektrometras pasiekia milijono skiriamąją gebą per trumpesnį nei-sekundės matavimo laiką. „Tai unikalus derinys, kurio nepasieksite su įprastais grotelių spektrometrais ar monochromatoriais“, – sako Bernhardtas.
Main benefits of the group's design changes? Broad spectral coverage of >10 THz, trumpas gavimo laikas (pusė sekundės), didelė 1 000 000 skiriamoji geba, didelis jautrumas (absorbcijos skerspjūviai net 10-22cm2/molekulė) ir didelio tikslumo{0}}visa tai neištirtoje UV spektro srityje.
„Mūsų sąranka yra mobili ir nereikalauja jokios sudėtingos elektroninės stabilizavimo įrangos“, – pabrėžia Bernhardtas. "Ankstesnis mūsų projektas apėmė papildomą elektroninį stovą. Ją supaprastinus, spektrometras bus patogus naudoti-ir ne tik spektroskopijos ekspertams."
Beprecedentis dvigubas UV{0}}spektrometro tikslumas
Grupės mobilusis UV dvigubas{0}}šukos spektrometras leido tyrėjams tiksliai išmatuoti formaldehido (atmosferos teršalo ir lakiojo organinio junginio) UV šviesos sugerties modelius. Šie matavimai buvo tokie tikslūs, "mes aptikome daugybę formaldehido rezonansų, kurie niekada nebuvo eksperimentiškai stebimi", - sako Bernhardtas. "Tai buvo puiki akimirka!"
Tiesą sakant, jų matavimai atskleidė, kad formaldehido sukimosi konstantos fizikos vadovėliuose nuo septintojo dešimtmečio yra netikslios. Bendradarbiaudami su Astrofizikos centro Harvardo ir Smitsono atomų ir molekulinės fizikos skyriumi JAV, Bernhardt ir jos grupė pakoregavo šio pagrindinio molekulės -specifinio parametro reikšmes net 15 proc.
Profesorius Rolfas Breinbaueris ir jo grupė iš TU Graco Organinės chemijos instituto prisidėjo prie šio darbo pateikdami didelio{0}}grynumo formaldehidą.
Kreditas: Wolf/TU Graz
Laboratorijos mokslininkai su mobiliuoju dvigubu UV{0}}šukos spektrometru-(iš kairės į dešinę) Rolf Breinbauer, Birgitta Bernhardt, Clemens Hoffman ir Mithun Pal.
Kitas: dar kompaktiškesnis ir stabilesnis?
Visur, kur gali būti įdomūs spektriniai parašai, yra mobiliojo dvigubo UV{0}}šukų spektrometro programų. Jis gali būti naudojamas fundamentinei spektroskopijai (norint ištirti pagrindines bet kurios rūšies optines savybes), oro kokybės matavimams (teršalų atmosferos chemijai), biojutimui ir net medicininei kvėpavimo analizei.
Akivaizdu, kad oro kokybės matavimų tikslumo gerinimas išsiskiria tuo, kad gali padėti išsiaiškinti atmosferos oro taršą ir jos poveikį Žemei.
„Mūsų spektrometras visada veikia mano Coherent Sensing grupėje Graco TU“, – sako Bernhardtas. „Kadangi yra daug rūšių, kurias reikia tirti, mes tiriame būdus, kaip padaryti prietaisą dar kompaktiškesnį, kad su juo būtų galima atlikti lauko oro kokybės matavimo kampanijas.
