Birkaç yıl önce, Avusturya'daki Graz Teknoloji Üniversitesi'nin (TU Graz) Deneysel Fizik Enstitüsü'nden Profesör Birgitta Bernhardt ve grubu, havayı kirleten maddeleri (gazları) gerçek zamanlı olarak tespit etmek ve ölçmek için dünyanın ilk geniş bantlı UV ikili{0}}tarak spektrometresini tasarladı. Ve şimdi, havayı kirleten maddelerin moleküler parmak izlerini yüksek spektral çözünürlükte (1 GHz), geniş bant genişliğinde (12 THz) ve 2,5 kilometrelik (1,55 mil) bir-saniyeden kısa sürede yakalamada-daha hassas ve doğru-yakalamak için kompakt bir mobil sürüm (videoya bakın) oluşturdular.
Çift{0}}taraklı spektroskopi, yüksek spektral çözünürlüğü, geniş spektral kapsamı ve kısa edinim sürelerini birleştirir. Yaklaşım kızılötesi (IR) spektral bölgedeki güçlü yönleriyle bilinirken, UV spektral bölgesi, doğrudan frekans tarak kaynaklarının eksikliği nedeniyle bir şekilde yeterince araştırılmamıştır.
Ancak UV spektral bölgesi son derece önemlidir ve cihazımız sadece moleküler numunelerin dönme ve titreşim bilgilerine erişmenizi sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda elektronik geçişleri de harekete geçirmenizi sağlıyor" diyor Bernhardt. "Bunlar atmosferimizdeki fotokimyayla son derece alakalı olan çeşitli fotokimyasal reaksiyonların tetikleyicileridir."
İki lazer frekans tarağı
Çift-tarak spektroskopisi, biraz farklı tekrarlama oranlarına sahip iki lazer frekans tarağını birleştirir ve bu darbe dizileri müdahale ettiğinde, yüksek optik frekansları verimli bir şekilde doğrudan erişilebilen radyo frekansı alanına dönüştürür-.
Bernhardt, "İncelenen örneklerin optik özelliklerini-absorbsiyonunu veya dağılımını-basit bir fotodiyot aracılığıyla da ölçebiliriz" diyor. "Bu teknik artık UV bölgesinde, kompakt tek-boşluklu çift-tarak lazerin IR çıktısının frekansının üç katına çıkarılmasıyla kullanılmaktadır."
Çift-tarak prensibi sayesinde spektrometreleri, saniyenin- altındaki ölçüm süreleri içinde bir milyonluk çözme gücüne ulaşır. Bernhardt, "Bu, geleneksel ızgaralı spektrometreler veya monokromatörlerle ulaşamayacağınız benzersiz bir kombinasyon" diyor.
Main benefits of the group's design changes? Broad spectral coverage of >10 THz, kısa edinim süreleri (yarım saniye), 1.000.000 yüksek çözünürlük gücü, yüksek hassasiyet (10 kadar düşük soğurma kesitleri)-22santimetre2/molecule) ve yüksek hassasiyet-hepsi yeterince araştırılmamış UV spektral bölgesinde yer alır.
Bernhardt, "Kurulumumuz mobildir ve herhangi bir karmaşık elektronik stabilizasyon ekipmanı gerektirmez" diye belirtiyor. "Önceki projemiz ekstra bir elektronik raf içeriyordu. Bunu basitleştirerek, spektrometre yalnızca spektroskopi uzmanları tarafından değil,-kullanıcı dostu olma yolunda ilerliyor."
Benzeri görülmemiş UV ikili-taraklı spektrometre hassasiyeti
Grubun mobil UV ikili{0}}taraklı spektrometresi, araştırmacıların formaldehitin (atmosferi kirletici ve uçucu bir organik bileşik) UV ışığı emme düzenlerini hassas bir şekilde ölçmesine olanak sağladı. Bu ölçümler o kadar kesindi ki Bernhardt, "Daha önce deneysel olarak gözlemlenmemiş çok sayıda formaldehit rezonansı tespit ettik" diyor. "Harika bir an oldu!"
Aslında onların ölçümleri, 1960'lardan bu yana fizik ders kitaplarında yer alan formaldehitin dönme sabitlerinin hatalı olduğunu ortaya çıkardı. ABD'deki Astrofizik Merkezi'nin Harvard & Smithsonian Atomik ve Moleküler Fizik bölümü ile işbirliği yapan Bernhardt ve grubu, bu temel moleküle-özel parametrenin değerlerini %15'e kadar düzeltti.
TU Graz Organik Kimya Enstitüsü'nden Profesör Rolf Breinbauer ve grubu, yüksek-saflıkta formaldehit sağlayarak bu çalışmaya katkıda bulundu.
Kredi bilgileri: Wolf/TU Graz
Mobil UV çift-taraklı spektrometre-(soldan sağa) ile laboratuvardaki araştırmacılar Rolf Breinbauer, Birgitta Bernhardt, Clemens Hoffman ve Mithun Pal.
Sıradaki: Daha da kompakt ve kararlı mı?
Spektral imzaların ilgi çekici olabileceği her yerde, mobil UV ikili{0}}taraklı spektrometreye yönelik uygulamalar vardır. Temel spektroskopi (herhangi bir türün temel optik özelliklerini araştırmak için), hava kalitesi ölçümleri (kirleticilerin atmosferik kimyası), biyoalgılama ve hatta tıbbi nefes analizi için kullanılabilir.
Açıkçası, hava kalitesi ölçümlerinin hassasiyetinin arttırılması, atmosferik hava kirliliğinin ve bunun Dünya üzerindeki etkisinin anlaşılmasına yardımcı olma potansiyeli nedeniyle öne çıkıyor.
Bernhardt, "Spektrometremiz TU Graz'daki Tutarlı Algılama grubumda her zaman çalışıyor" diyor. "İncelenecek çok sayıda tür olduğundan, hava kalitesi ölçümleri için saha kampanyaları yapmak üzere cihazı daha da kompakt hale getirmenin yollarını araştırıyoruz."
