ไม่กี่ปีที่ผ่านมา ศาสตราจารย์ Birgitta Bernhardt และกลุ่มของเธอที่สถาบันฟิสิกส์ทดลองแห่งมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีกราซ (TU Graz) ในออสเตรียได้ออกแบบเครื่องสเปกโตรมิเตอร์แบบหวี UV dual{0}} บรอดแบนด์เครื่องแรกของโลกเพื่อตรวจจับและวัดมลพิษทางอากาศ (ก๊าซ) ในแบบเรียลไทม์ และตอนนี้พวกเขาได้สร้างเวอร์ชันเคลื่อนที่ขนาดกะทัดรัด (ดูวิดีโอ)-มีความไวและแม่นยำยิ่งขึ้น-เพื่อจับภาพลายนิ้วมือระดับโมเลกุลของมลพิษทางอากาศที่ความละเอียดสเปกตรัมสูง (1 GHz) แบนด์วิดท์กว้าง (12 THz) และการตรวจจับย่อย- ครั้งที่สองภายในระยะ 2.5 กิโลเมตร (1.55 ไมล์)
สเปกโทรสโกปีแบบคู่-ผสมผสานความละเอียดสเปกตรัมสูง การครอบคลุมสเปกตรัมกว้าง และเวลาการได้มาที่สั้น แม้ว่าวิธีนี้จะทราบถึงจุดแข็งภายในบริเวณสเปกตรัมอินฟราเรด (IR) แต่บริเวณสเปกตรัม UV ยังไม่ค่อยได้รับการสำรวจมากนัก เนื่องจากไม่มีแหล่งกำเนิดหวีความถี่โดยตรง
แต่บริเวณสเปกตรัม UV "มีความสำคัญอย่างยิ่ง และอุปกรณ์ของเราช่วยให้คุณเข้าถึงข้อมูลการหมุนและการสั่นของตัวอย่างโมเลกุลไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังกระตุ้นการเปลี่ยนผ่านทางอิเล็กทรอนิกส์อีกด้วย" Bernhardt กล่าว "สิ่งเหล่านี้เป็นตัวกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาโฟโตเคมีต่างๆ ที่มีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับโฟโตเคมีภายในชั้นบรรยากาศของเรา"
หวีความถี่เลเซอร์สองอัน
สเปกโทรสโกปีแบบหวีคู่-รวมหวีความถี่เลเซอร์สองหวีที่มีอัตราการทำซ้ำที่แตกต่างกันเล็กน้อย และเมื่อรถไฟพัลส์เหล่านี้รบกวนการทำงานของมันลง- จะแปลงความถี่แสงสูงอย่างมีประสิทธิภาพให้เป็นโดเมนความถี่วิทยุที่เข้าถึงได้โดยตรง
"นอกจากนี้ เรายังสามารถวัดคุณสมบัติทางแสง-การดูดซับหรือการกระจายตัว-ของตัวอย่างภายใต้การตรวจสอบอย่างละเอียดผ่านโฟโตไดโอดแบบธรรมดา" Bernhardt กล่าว "เทคนิคนี้ถูกนำไปใช้ประโยชน์ภายในบริเวณ UV ด้วยความถี่ที่เพิ่มขึ้นสามเท่าของเอาต์พุต IR ของเลเซอร์หวีคู่-ช่องคู่-ขนาดกะทัดรัด"
ด้วยหลักการหวีคู่- สเปกโตรมิเตอร์ของพวกมันจึงมีกำลังการแยกส่วนถึงหนึ่งล้านภายใน-เวลาการวัดที่ต่ำกว่า-วินาที “มันเป็นการผสมผสานที่ไม่เหมือนใครซึ่งคุณไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยเครื่องสเปกโตรมิเตอร์แบบเกรตติงหรือโมโนโครเมเตอร์ทั่วไป” Bernhardt กล่าว
Main benefits of the group's design changes? Broad spectral coverage of >10 THz, ระยะเวลาการรับข้อมูลสั้น (ครึ่งวินาที), กำลังการแยกรายละเอียดสูง 1,000,000, ความไวสูง (ส่วนการดูดซับต่ำถึง 10-22ซม2/โมเลกุล) และความแม่นยำสูง-ทั้งหมดภายในบริเวณสเปกตรัม UV ที่ยังสำรวจไม่ได้
"การตั้งค่าของเราเป็นแบบเคลื่อนที่ได้และไม่ต้องใช้อุปกรณ์รักษาเสถียรภาพทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนใดๆ" Bernhardt ชี้ให้เห็น "โครงการก่อนหน้านี้ของเรามีชั้นวางอิเล็กทรอนิกส์เพิ่มเติม ด้วยการลดความซับซ้อนลง สเปกโตรมิเตอร์กำลังจะกลายเป็นมิตรกับผู้ใช้-และไม่เพียงแต่โดยผู้เชี่ยวชาญด้านสเปกโทรสโกปีเท่านั้น"
ความแม่นยำของสเปกโตรมิเตอร์แบบหวีคู่{0}} UV ที่ไม่เคยมีมาก่อน
สเปกโตรมิเตอร์แบบหวี UV แบบเคลื่อนที่-ของกลุ่มช่วยให้นักวิจัยสามารถวัดรูปแบบการดูดกลืนแสง UV ของฟอร์มาลดีไฮด์ (มลภาวะในชั้นบรรยากาศและสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย) ได้อย่างแม่นยำ การวัดเหล่านี้มีความแม่นยำมาก "เราตรวจพบการสั่นพ้องของฟอร์มาลดีไฮด์จำนวนมากที่ไม่เคยมีการทดลองมาก่อน" เบิร์นฮาร์ดกล่าว "มันเป็นช่วงเวลาที่ดี!"
ในความเป็นจริง การวัดของพวกเขาเผยให้เห็นค่าคงที่การหมุนของฟอร์มาลดีไฮด์ในตำราฟิสิกส์ตั้งแต่ปี 1960 นั้นไม่ถูกต้อง ด้วยความร่วมมือกับแผนกอะตอมมิกส์และฟิสิกส์โมเลกุลของศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ดและสมิธโซเนียนในสหรัฐอเมริกา เบิร์นฮาร์ดและกลุ่มของเธอได้แก้ไขค่าของพารามิเตอร์เฉพาะของโมเลกุลพื้นฐานนี้-ได้มากถึง 15%
ศาสตราจารย์รอล์ฟ เบรนบาวเออร์และกลุ่มของเขาที่สถาบันเคมีอินทรีย์ของ TU Graz มีส่วนร่วมในงานนี้โดยการจัดหาฟอร์มาลดีไฮด์ที่มีความบริสุทธิ์สูง-
เครดิต: Wolf/TU Graz
นักวิจัยในห้องปฏิบัติการพร้อมกับ-สเปกโตรมิเตอร์แบบหวีคู่ UV แบบเคลื่อนที่-(จากซ้ายไปขวา) Rolf Breinbauer, Birgitta Bernhardt, Clemens Hoffman และ Mithun Pal
ถัดไป: กะทัดรัดและมั่นคงยิ่งขึ้นใช่ไหม
ไม่ว่าที่ไหนก็ตามที่ลายเซ็นสเปกตรัมอาจเป็นที่สนใจ ก็มีแอปพลิเคชันสำหรับสเปกโตรมิเตอร์แบบหวี UV คู่{0}}แบบเคลื่อนที่ได้ สามารถใช้สำหรับสเปกโทรสโกปีพื้นฐาน (เพื่อสำรวจคุณสมบัติทางแสงพื้นฐานของสายพันธุ์ใดๆ) การวัดคุณภาพอากาศ (เคมีในบรรยากาศของมลพิษ) การตรวจวัดทางชีวภาพ และแม้กระทั่งสำหรับการวิเคราะห์ลมหายใจทางการแพทย์
เห็นได้ชัดว่าการปรับปรุงความแม่นยำของการวัดคุณภาพอากาศมีความโดดเด่นเนื่องจากมีศักยภาพในการช่วยลดความลึกลับของมลพิษทางอากาศในชั้นบรรยากาศและผลกระทบที่มีต่อโลก
"สเปกโตรมิเตอร์ของเราทำงานอยู่เสมอในกลุ่ม Coherent Sensing ของฉันที่ TU Graz" Bernhardt กล่าว "เนื่องจากมีสัตว์หลายชนิดที่ต้องศึกษา เรากำลังสำรวจวิธีที่จะทำให้เครื่องมือนี้มีขนาดกะทัดรัดยิ่งขึ้นเพื่อใช้ในการตรวจวัดคุณภาพอากาศภาคสนาม"
