Một vài năm trước, Giáo sư Birgitta Bernhardt và nhóm của bà tại Viện Vật lý Thực nghiệm thuộc Đại học Công nghệ Graz (TU Graz) ở Áo đã thiết kế máy quang phổ kế kép UV{0}}băng thông rộng đầu tiên trên thế giới để phát hiện và đo lường các chất gây ô nhiễm không khí (khí) trong thời gian thực. Và giờ đây, họ đã tạo ra một phiên bản di động nhỏ gọn (xem video)-thậm chí còn nhạy và chính xác hơn-để ghi lại dấu vân tay phân tử của các chất gây ô nhiễm không khí ở độ phân giải quang phổ cao (1 GHz), băng thông rộng (12 THz) và thu nhận dưới-giây trong phạm vi 2,5 kilômét (1,55 dặm).
Phương pháp quang phổ lược kép-kết hợp độ phân giải quang phổ cao, phạm vi phủ sóng quang phổ rộng và thời gian thu nhận ngắn. Mặc dù phương pháp này được biết đến nhờ những điểm mạnh trong vùng phổ hồng ngoại (IR), nhưng vùng phổ UV vẫn chưa được khám phá phần nào do thiếu nguồn lược tần số trực tiếp.
Nhưng vùng phổ UV “cực kỳ quan trọng và thiết bị của chúng tôi cho phép bạn truy cập không chỉ thông tin quay và dao động của các mẫu phân tử mà còn kích thích các chuyển đổi điện tử”, Bernhardt nói. "Đây là tác nhân gây ra các phản ứng quang hóa khác nhau có liên quan mật thiết đến quá trình quang hóa trong bầu khí quyển của chúng ta."
Hai lược tần số laser
Quang phổ-lược kép kết hợp hai lược tần số laser với tốc độ lặp lại hơi khác nhau và khi các chuỗi xung này gây nhiễu, nó sẽ-chuyển đổi tần số quang cao một cách hiệu quả thành miền tần số vô tuyến có thể truy cập trực tiếp.
Bernhardt cho biết: "Chúng tôi cũng có thể đo các đặc tính quang học-sự hấp thụ hoặc sự phân tán-của các mẫu được xem xét kỹ lưỡng thông qua một điốt quang đơn giản". "Kỹ thuật này hiện được khai thác trong vùng UV bằng cách tăng tần số gấp ba lần đầu ra IR của một tia laser lược-lỗ kép-lồng đơn nhỏ gọn."
Nhờ nguyên lý-lược kép, máy quang phổ của họ đạt được công suất phân giải một triệu trong thời gian đo dưới-giây. Bernhardt nói: “Đó là sự kết hợp độc đáo mà bạn không thể đạt được bằng các máy quang phổ cách tử hoặc máy đơn sắc thông thường”.
Main benefits of the group's design changes? Broad spectral coverage of >10 THz, thời gian thu nhận ngắn (nửa giây), công suất phân giải cao 1.000.000, độ nhạy cao (tiết diện hấp thụ thấp tới 10-22cmt2/phân tử) và độ chính xác cao-tất cả đều nằm trong vùng quang phổ UV chưa được khám phá.
Bernhardt chỉ ra: “Thiết lập của chúng tôi có tính di động và không yêu cầu bất kỳ thiết bị ổn định điện tử phức tạp nào”. "Dự án trước đây của chúng tôi bao gồm một giá điện tử bổ sung. Bằng cách đơn giản hóa nó, máy quang phổ đang dần trở nên thân thiện với người dùng-và không chỉ với các chuyên gia quang phổ."
Độ chính xác của máy quang phổ lược-UV kép chưa từng có
Máy quang phổ kế kép UV{0}}di động của nhóm đã cho phép các nhà nghiên cứu đo chính xác kiểu hấp thụ ánh sáng tia cực tím của formaldehyde (một hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và gây ô nhiễm khí quyển). Bernhardt cho biết, những phép đo này rất chính xác, “chúng tôi đã phát hiện ra vô số cộng hưởng formaldehyde chưa từng được quan sát bằng thực nghiệm trước đây”. "Đó là một khoảnh khắc tuyệt vời!"
Trên thực tế, các phép đo của họ cho thấy hằng số quay của formaldehyde trong sách giáo khoa vật lý từ những năm 1960 là không chính xác. Cộng tác với bộ phận Vật lý phân tử và Nguyên tử Harvard & Smithsonian của Trung tâm Vật lý thiên văn ở Hoa Kỳ, Bernhardt và nhóm của cô đã hiệu chỉnh các giá trị của tham số cụ thể-phân tử cơ bản này tới 15%.
Giáo sư Rolf Breinbauer và nhóm của ông tại Viện Hóa học Hữu cơ của TU Graz đã đóng góp cho công trình này bằng cách cung cấp- formaldehyde có độ tinh khiết cao.
Tín dụng: Wolf/TU Graz
Các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm với-máy quang phổ lược kép UV di động{1}}(trái sang phải) Rolf Breinbauer, Birgitta Bernhardt, Clemens Hoffman và Mithun Pal.
Tiếp theo: Thậm chí còn nhỏ gọn và ổn định hơn?
Bất cứ nơi nào có thể quan tâm đến chữ ký quang phổ, đều có ứng dụng cho máy quang phổ kế lược kép UV{0}}di động. Nó có thể được sử dụng cho quang phổ cơ bản (để khám phá các đặc tính quang học cơ bản của bất kỳ loài nào), đo chất lượng không khí (hóa học khí quyển của các chất ô nhiễm), cảm biến sinh học và thậm chí để phân tích hơi thở y tế.
Rõ ràng, việc cải thiện độ chính xác của các phép đo chất lượng không khí nổi bật vì nó có tiềm năng giúp làm sáng tỏ tình trạng ô nhiễm không khí trong khí quyển và tác động của nó đối với Trái đất.
Bernhardt nói: “Máy quang phổ của chúng tôi luôn hoạt động trong nhóm Cảm biến mạch lạc của tôi tại TU Graz”. "Bởi vì có rất nhiều loài cần được nghiên cứu nên chúng tôi đang tìm cách làm cho thiết bị này thậm chí còn nhỏ gọn hơn để thực hiện các chiến dịch đo lường chất lượng không khí thực địa."
