Пре неколико година, професорка Биргита Бернхард и њена група на Институту за експерименталну физику Универзитета у Грацу (ТУ Грац) у Аустрији дизајнирали су први широкопојасни УВ спектрометар са двоструким{0}}чешљајем на свету за откривање и мерење загађивача ваздуха (гасова) у реалном времену. А сада су направили компактну мобилну верзију (погледајте видео)-још осетљивију и прецизнију-за снимање молекуларних отисака загађивача ваздуха у високој спектралној резолуцији (1 ГХз), широком пропусном опсегу (12 ТХз) и под-секунди аквизиције у опсегу од 2,15 километара (2,5 километар).
Дуал-чешљаста спектроскопија комбинује високу спектралну резолуцију, широку спектралну покривеност и кратко време аквизиције. Док је приступ познат по својим предностима у инфрацрвеном (ИР) спектралном региону, УВ спектрални регион остаје донекле недовољно истражен због недостатка извора директног фреквенцијског чешља.
Али регион УВ спектра „је изузетно важан, а наш уређај вам омогућава да приступите не само ротационим и вибрационим информацијама молекуларних узорака, већ и побуђујете електронске прелазе“, каже Бернхардт. "Ово су покретачи за различите фотохемијске реакције које су веома релевантне за фотохемију у нашој атмосфери."
Два ласерска фреквентна чешља
Двострука-чешљаста спектроскопија комбинује два ласерска фреквентна чешља са незнатно различитим стопама понављања, а када их ови низови импулса ометају, смањује-ефикасно претвара високе оптичке фреквенције у домен радио фреквенције који је директно доступан.
„Такође можемо да меримо оптичка својства{0}}апсорпцију или дисперзију- узорака који се испитују преко једноставне фотодиоде“, каже Бернхард. „Ова техника се сада користи у УВ региону тако што се фреквенција утростручује ИР излаз компактног ласера са једним-двоструким-чешљајем са једном шупљином.“
Захваљујући принципу двоструког{0}}чешља, њихов спектрометар достиже моћ разрешавања од милион за време мерења испод-секунде. "То је јединствена комбинација коју не можете постићи конвенционалним спектрометрима или монохроматорима", каже Бернхардт.
Main benefits of the group's design changes? Broad spectral coverage of >10 ТХз, кратко време аквизиције (пола секунде), висока моћ разрешавања од 1.000.000, висока осетљивост (апсорпциони пресеци само 10-22цм2/молекул) и високе прецизности-све у недовољно истраженом УВ спектралном региону.
„Наша поставка је мобилна и не захтева никакву компликовану електронску стабилизацијску опрему“, истиче Бернхардт. „Наш претходни пројекат је укључивао додатни електронски сталак. Његовим поједностављењем, спектрометар је на путу да постане прилагођен кориснику-и то не само од стране стручњака за спектроскопију.“
Невиђена прецизност УВ спектрометра са двоструким-чешљајем
Групни мобилни УВ спектрометар са двоструким{0}}чешљајем омогућио је истраживачима да прецизно измере обрасце апсорпције УВ светлости формалдехида (загађивача атмосфере и испарљивог органског једињења). Ова мерења су била толико прецизна да смо открили мноштво формалдехидних резонанција које никада раније нису експериментално примећене, каже Бернхардт. "Био је то сјајан тренутак!"
У ствари, њихова мерења су открила да су ротационе константе формалдехида у уџбеницима физике од 1960-их нетачне. У сарадњи са Харвард & Смитхсониан одељењем за атомску и молекуларну физику Центра за астрофизику у САД, Бернхард и њена група су исправиле вредности овог основног параметра{4}}специфичног за молекуле за чак 15%.
Професор Ролф Бреинбауер и његова група на Институту за органску хемију ТУ Грац допринели су овом раду обезбеђујући формалдехид високе{0}}чистоће.
Кредит: Волф/ТУ Граз
Истраживачи у лабораторији са мобилним УВ спектрометром са два-чешљака- (с лева на десно) Ролф Брајнбауер, Биргита Бернхард, Клеменс Хофман и Митун Пал.
Следеће: Још компактнији и стабилнији?
Где год спектрални потписи могу бити интересантни, постоје апликације за мобилни УВ спектрометар са двоструким{0}}чешљајем. Може се користити за фундаменталну спектроскопију (за истраживање основних оптичких својстава било које врсте), мерења квалитета ваздуха (хемија атмосфере загађивача), биосензивање, па чак и за медицинску анализу даха.
Јасно је да се побољшање прецизности мерења квалитета ваздуха истиче због свог потенцијала да помогне у демистификацији загађења атмосферског ваздуха и његовог утицаја на Земљу.
"Наш спектрометар је увек у функцији у мојој групи кохерентног сензора у ТУ Грац", каже Бернхардт. „Пошто постоји много врста које треба проучавати, истражујемо начине да инструмент учинимо још компактнијим да бисмо њиме вршили теренске кампање мерења квалитета ваздуха.“
