美科学家研究发现中红外光谱可用于检测空气中有毒物质
美国科学家们已经发现了一种通过使用红外激光识别单个分子的独特频率以检测空气中痕量化学物质的方法。该技术的检测精度足够灵敏,能够检测出空气中存在的浓度低至十亿分之一的有毒物质分子。这种技术在今后将能够用于扫描大气中的有毒物质,以对生物或化学袭击进行提前预警。
该技术是由中佛罗里达大学(UCF)的一个研究团队开发的,其检测原理是使用宽带中红外频率梳的光谱技术来检测空气中的痕量分子。据研究人员介绍,该技术能够提供以较快的速度同步采集350000个光谱数据点,并且能够在3.1~5.5μm光谱范围内以115MHz的多模间隔进行光谱采集。
该研究团队展示了对气体混合物中22种微量分子物质的并行检测实验,包括含有碳、氧、氮、硫和氘等元素的同位素体,实验证明该技术具有十亿分之几的灵敏度和亚多普勒分辨率。该技术的特点是绝对光学频率参考原子钟并且在两个中红外频率梳之间表现出高度的相互一致性。
研究人员将他们的技术与目前正在医学领域中使用的方法进行比较,通过呼吸样本来检测不同健康状况的生物标志物。Konstantin Vodopyanov教授表示:“分子的频率非常不同,但它们是一成不变的,可以将它们想象成分子的‘指纹’。所以当我们使用激光时,我们能够非常精确地检测这些‘指纹’。”
来自中佛罗里达大学(UCF)的光学与光子学教授Konstantin Vodopyanov及其研究团队已经找到了一种使用红外激光检测空气中痕量化学物质的方法。每种化学品都是由拥有各自独特振动频率的分子组成。Vodopyanov教授找到了一种使用激光来检测这些振动的方法。图片来源:中佛罗里达大学/Karen Norum。
中佛罗里达大学研究团队的方法能够帮助促进传感器的开发,以探测在生物或化学袭击中遇到的空气中的有毒物质,或者揭示其他行星大气中的生命迹象。Vodopyanov教授表示:“我们正在努力扩大能够用于检测的激光频率范围。如果该技术的检测成本可以降低,而且能够将设备集成化并小型化,那么该技术的应用前景将是不可限量的。”
该研究发表于《自然光子学》杂志。
来源: https://www.photonics.com/Article.aspx?AID=63269
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