Beberapa tahun lalu, Profesor Birgitta Bernhardt dan kumpulannya di Institut Fizik Eksperimen Universiti Teknologi Graz (TU Graz) di Austria telah mereka bentuk spektrometer sisir dwi-berjalur lebar UV pertama di dunia untuk mengesan dan mengukur bahan pencemar udara (gas) dalam masa nyata. Dan kini mereka telah mencipta versi mudah alih padat (lihat video)-lebih sensitif dan tepat-untuk menangkap cap jari molekul pencemar udara pada resolusi spektrum tinggi (1 GHz), lebar jalur lebar (12 THz) dan pemerolehan sub-saat dalam lingkungan 2.5 kilometer (1.55 batu).
Spektroskopi dwi-sisir menggabungkan resolusi spektrum tinggi, liputan spektrum luas dan masa pemerolehan yang singkat. Walaupun pendekatan ini terkenal dengan kekuatannya dalam kawasan spektrum inframerah (IR), kawasan spektrum UV masih agak kurang diterokai kerana kekurangan sumber sikat frekuensi langsung.
Tetapi rantau spektrum UV "amat penting, dan peranti kami membolehkan anda mengakses bukan sahaja maklumat putaran dan getaran sampel molekul tetapi juga merangsang peralihan elektronik," kata Bernhardt. "Ini adalah pencetus untuk pelbagai tindak balas fotokimia yang sangat relevan dengan fotokimia dalam atmosfera kita."
Dua sikat frekuensi laser
Spektroskopi dwi-sisir menggabungkan dua sikat frekuensi laser dengan kadar ulangan yang sedikit berbeza, dan apabila kereta api nadi ini mengganggunya-menukar frekuensi optik tinggi dengan cekap ke dalam domain frekuensi radio yang boleh diakses terus.
"Kami juga boleh mengukur sifat optik-penyerapan atau penyebaran-sampel yang diteliti melalui fotodiod ringkas," kata Bernhardt. "Teknik ini kini dieksploitasi dalam kawasan UV dengan kekerapan menggandakan keluaran IR tiga kali ganda daripada laser sisir dua-rongga tunggal tunggal-padat."
Terima kasih kepada prinsip dwi-sisir, spektrometer mereka mencapai kuasa penyelesaian satu juta dalam masa pengukuran sub-saat. "Ia adalah gabungan unik yang anda tidak boleh capai dengan spektrometer parut konvensional atau monokromator, " kata Bernhardt.
Main benefits of the group's design changes? Broad spectral coverage of >10 THz, masa pemerolehan pendek (setengah saat), kuasa penyelesaian tinggi 1,000,000, kepekaan tinggi (keratan rentas penyerapan serendah 10-22cm2/molekul), dan ketepatan tinggi-semuanya dalam kawasan spektrum UV yang kurang diterokai.
"Persediaan kami adalah mudah alih dan tidak memerlukan sebarang peralatan penstabilan elektronik yang rumit," kata Bernhardt. "Projek kami sebelum ini termasuk rak elektronik tambahan. Dengan memudahkannya, spektrometer sedang dalam perjalanan untuk menjadi mesra pengguna-dan bukan sahaja oleh pakar spektroskopi."
Ketepatan spektrometer sisir dwi{0}}UV yang tidak pernah berlaku sebelum ini
Spektrometer sisir dwi{0}}UV mudah alih kumpulan membolehkan penyelidik mengukur dengan tepat corak penyerapan cahaya UV formaldehid (pencemar atmosfera dan sebatian organik meruap). Pengukuran ini sangat tepat, "kami mengesan banyak resonans formaldehid yang tidak pernah diperhatikan secara eksperimen sebelum ini," kata Bernhardt. "Ia adalah saat yang hebat!"
Malah, pengukuran mereka mendedahkan pemalar putaran formaldehid dalam buku teks fizik sejak tahun 1960-an adalah tidak tepat. Bekerjasama dengan bahagian Harvard & Smithsonian Atomics and Molecular Physics Pusat Astrofizik di AS, Bernhardt dan kumpulannya membetulkan nilai parameter khusus molekul asas ini-sebanyak 15%.
Profesor Rolf Breinbauer dan kumpulannya di Institut Kimia Organik TU Graz menyumbang kepada kerja ini dengan menyediakan-formaldehid ketulenan tinggi.
Kredit: Wolf/TU Graz
Penyelidik di makmal dengan spektrometer sisir sisir-UV mudah alih-(kiri ke kanan) Rolf Breinbauer, Birgitta Bernhardt, Clemens Hoffman dan Mithun Pal.
Seterusnya: Lebih padat dan stabil?
Di mana sahaja tandatangan spektrum mungkin menarik, terdapat aplikasi untuk spektrometer sisir dwi{0}}UV mudah alih. Ia boleh digunakan untuk spektroskopi asas (untuk meneroka sifat optik asas mana-mana spesies), ukuran kualiti udara (kimia atmosfera pencemar), biosensing, dan juga untuk analisis nafas perubatan.
Jelas sekali, meningkatkan ketepatan pengukuran kualiti udara menyerlah kerana potensinya untuk membantu mentafsirkan pencemaran udara atmosfera dan kesannya terhadap Bumi.
"Spektrometer kami sentiasa beroperasi dalam kumpulan Coherent Sensing saya di TU Graz," kata Bernhardt. "Oleh kerana terdapat banyak spesies yang perlu dikaji, kami sedang meneroka cara untuk menjadikan instrumen itu lebih padat untuk melakukan kempen lapangan pengukuran kualiti udara dengannya."
