Pirms dažiem gadiem profesore Birgita Bernharda un viņas grupa Grācas Tehnoloģiju universitātes (TU Grācas) Eksperimentālās fizikas institūtā Austrijā izstrādāja pasaulē pirmo platjoslas UV dubulto{0}}ķemmes spektrometru, lai reāllaikā noteiktu un mērītu gaisa piesārņotājus (gāzes). Un tagad viņi ir izveidojuši kompaktu mobilo versiju (skatiet video)-vēl jutīgāku un precīzāku-, lai tvertu gaisa piesārņotāju molekulāros pirkstu nospiedumus ar augstu spektrālo izšķirtspēju (1 GHz), plašā joslas platumu (12 THz) un 2,5 kilometru (1,55 jūdzes) diapazonā.
Divkāršā{0}}ķemmes spektroskopija apvieno augstu spektrālo izšķirtspēju, plašu spektra pārklājumu un īsus iegūšanas laikus. Lai gan pieeja ir pazīstama ar savām stiprajām pusēm infrasarkanajā (IR) spektrālajā reģionā, UV spektra apgabals joprojām ir nedaudz izpētīts, jo trūkst tiešo frekvenču ķemmes avotu.
Bet UV spektrālais reģions "ir ārkārtīgi svarīgs, un mūsu ierīce ļauj piekļūt ne tikai molekulāro paraugu rotācijas un vibrācijas informācijai, bet arī ierosina elektroniskās pārejas," saka Bernhards. "Tie ir dažādu fotoķīmisku reakciju izraisītāji, kas ir ļoti svarīgi mūsu atmosfēras fotoķīmijai."
Divas lāzera frekvences ķemmes
Divkāršā-ķemmes spektroskopija apvieno divas lāzera frekvenču ķemmes ar nedaudz atšķirīgu atkārtošanās ātrumu, un, kad šie impulsu vilcieni traucē, tas efektīvi pārvērš augstas optiskās frekvences tieši pieejamā radiofrekvenču domēnā.
"Mēs varam arī izmērīt pārbaudīto paraugu optiskās īpašības-absorbciju vai izkliedi-, izmantojot vienkāršu fotodiodi," saka Bernhards. "Šo paņēmienu tagad izmanto UV apgabalā, frekvenci trīskāršojot kompakta viena -dubuma-ķemmes lāzera IR izvadi."
Pateicoties dubultās{0}}ķemmes principam, to spektrometrs sasniedz viena miljona izšķiršanas jaudu mazāk-sekundes mērījumu laikā. "Tā ir unikāla kombinācija, kuru nevar sasniegt ar parastajiem režģa spektrometriem vai monohromatoriem," saka Bernhards.
Main benefits of the group's design changes? Broad spectral coverage of >10 THz, īss iegūšanas laiks (pussekunde), augsta izšķirtspēja 1 000 000, augsta jutība (absorbcijas šķērsgriezumi līdz 10-22cm2/molecule) un augstu precizitāti{0}}viss nepietiekami izpētītajā UV spektra apgabalā.
"Mūsu uzstādīšana ir mobila, un tai nav nepieciešama sarežģīta elektroniskā stabilizācijas iekārta," norāda Bernhards. "Mūsu iepriekšējais projekts ietvēra papildu elektronisko statīvu. Vienkāršojot to, spektrometrs ir ceļā uz to, lai kļūtu lietotājam draudzīgs-un ne tikai spektroskopijas eksperti."
Nepieredzēta UV dubultā{0}}ķemmes spektrometra precizitāte
Grupas mobilais UV dubult{0}}ķemmes spektrometrs ļāva pētniekiem precīzi izmērīt formaldehīda (atmosfēras piesārņotāja un gaistoša organiskā savienojuma) UV gaismas absorbcijas modeļus. Šie mērījumi bija tik precīzi, ka "mēs atklājām daudzas formaldehīda rezonanses, kuras nekad iepriekš nebija eksperimentāli novērotas," saka Bernhards. "Tas bija lielisks brīdis!"
Faktiski viņu mērījumi atklāja, ka formaldehīda rotācijas konstantes fizikas mācību grāmatās kopš 1960. gadiem ir neprecīzas. Sadarbojoties ar Astrofizikas centra Hārvardas un Smitsona atomu un molekulārās fizikas nodaļu ASV, Bernharda un viņas grupa laboja šī fundamentālā molekulas{4}}specifiskā parametra vērtības pat par 15%.
Profesors Rolfs Breinbauers un viņa grupa TU Grācas Organiskās ķīmijas institūtā piedalījās šajā darbā, nodrošinot augstas -tīrības formaldehīdu.
Kredīts: Wolf/TU Graz
Pētnieki laboratorijā ar mobilo UV dubulto{0}}ķemmes spektrometru-(no kreisās uz labo) Rolfs Breinbauers, Birgita Bernharda, Klemensa Hofmane un Mituns Pal.
Nākamais: vēl kompaktāks un stabilāks?
Visur, kur var interesēt spektrālie paraksti, ir lietojumprogrammas mobilajam UV dubultajam{0}}ķemmes spektrometram. To var izmantot fundamentālajai spektroskopijai (lai izpētītu jebkuras sugas pamata optiskās īpašības), gaisa kvalitātes mērījumiem (piesārņojošo vielu atmosfēras ķīmijai), biosensēšanai un pat medicīniskai elpas analīzei.
Skaidrs, ka gaisa kvalitātes mērījumu precizitātes uzlabošana izceļas, jo tā var palīdzēt demistificēt atmosfēras gaisa piesārņojumu un tā ietekmi uz Zemi.
"Mūsu spektrometrs vienmēr darbojas manā Coherent Sensing grupā TU Grācā," saka Bernhards. "Tā kā ir daudz pētāmu sugu, mēs pētām veidus, kā padarīt instrumentu vēl kompaktāku, lai ar to veiktu gaisa kvalitātes mērījumu kampaņas."
