Nyt UV-bredbåndsspektrometer forbedrer luftforureningsanalysen

Sollys har stor indflydelse på kemiske processer. Især dens højenergiske UV-stråling absorberes stærkt af alle materialer og udløser fotokemiske reaktioner af de stoffer, der er til stede i luften. Et velkendt eksempel er dannelsen af ​​jordnær ozon, når UV-lys rammer nitrogenoxider.

Et forskerhold ledet af Birgitta Schultze-Bernhardt fra Institut for Eksperimentel Fysik ved Graz University of Technology (TU Graz) udnytter nu dette høje reaktionspotentiale til en ny metode til miljøovervågning. De har udviklet verdens første bredbånds-UV-dual-comb-spektrometer, hvormed luftforurenende stoffer kontinuerligt kan måles, og deres reaktion med miljøet kan observeres i realtid.

En artikel om udviklingen er blevet offentliggjort i tidsskriftet Optica .

Dual-comb spektrometre har eksisteret i næsten 20 år. Her udsender en kilde lys i et bredt bølgelængdeområde, som, når det er arrangeret efter sine optiske frekvenser, minder om tænderne på en kam. Hvis dette lys trænger ind i en prøve af gasformigt materiale, absorberer de molekyler, det indeholder, noget af lyset. De ændrede lysbølgelængder gør det muligt at drage konklusioner om den analyserede gass ingredienser og optiske egenskaber.

Laserlysimpulser får gasmolekyler til at rotere og vibrere

Det særlige ved spektrometeret udviklet af Birgitta Schultze-Bernhardt er, at et lasersystem udsender dobbelte lysimpulser i det ultraviolette spektrum. Når dette UV-lys møder gasmolekyler, exciterer det molekylerne elektronisk og får dem også til at rotere og vibrere - såkaldte rovibroniske overgange - som er unikke for hvert gasformigt stof.

Derudover kombinerer bredbånds UV-dual-comb-spektrometeret tre egenskaber, som konventionelle spektrometre hidtil kun delvist har kunnet tilbyde:

1. En stor båndbredde af det udsendte UV-lys, hvilket betyder, at en stor mængde information om gasprøvernes optiske egenskaber kan indsamles med en enkelt måling.
2. En høj spektral opløsning, som i fremtiden også vil muliggøre undersøgelse af komplekse gasblandinger såsom vores Jords atmosfære.
3. Afkort måletider, når du analyserer gasprøverne.

"Dette gør vores spektrometer velegnet til følsomme målinger, hvorved ændringer i gaskoncentrationer og forløbet af kemiske reaktioner kan observeres meget præcist," forklarer Lukas Fürst, Ph.D. elev i Coherent Sensing-arbejdsgruppen og førsteforfatter til publikationen.

Udviklet og testet med formaldehyd som eksempel

Forskerne udviklede og testede deres spektrometer ved hjælp af formaldehyd. Luftforureningen produceres, når fossile brændstoffer og træ afbrændes, såvel som indendørs gennem dampe fra klæbemidler, der bruges i møbler.

"Med vores nye spektrometer kan formaldehydemissioner i tekstil- eller træforarbejdningsindustrien samt i byer med øgede smogniveauer overvåges i realtid og dermed forbedre beskyttelsen af ​​personale og miljø," forklarer Birgitta Schultze-Bernhardt.

Anvendelsen af ​​spektrometeret kan også overføres til andre luftforurenende stoffer som nitrogenoxider og ozon og andre klimarelevante sporgasser. Forskerholdet håber, at dette vil give nye resultater om deres virkninger i atmosfæren. På baggrund af dette kunne der udledes nye strategier til forbedring af luftkvaliteten.

Flere oplysninger: Lukas Fürst et al., Bredbånd nær-ultraviolet dobbeltkamspektroskopi, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.516783

Journaloplysninger: Optica

Leveret af Graz University of Technology