Fyrir nokkrum árum hönnuðu prófessor Birgitta Bernhardt og hópur hennar við Tækniháskólann í Graz (TU Graz) í Austurríki fyrsta breiðbands útfjólubláa -kamba litrófsmæli heims til að greina og mæla loftmengun (lofttegundir) í rauntíma. Og nú hafa þeir búið til þétta farsímaútgáfu (sjá myndband)-enn næmari og nákvæmari-til að fanga sameindafingraför loftmengunarefna með mikilli litrófsupplausn (1 GHz), breiðri bandbreidd (12 THz) og undir-sekúndnaupptöku innan 2,5 kílómetra (1,55 mílna) sviðs.
Tvöföld-kamb litrófsgreining sameinar háa litrófsupplausn, víðtæka litrófsþekju og stuttan tökutíma. Þó að nálgunin sé þekkt fyrir styrkleika sína innan innrauða (IR) litrófssvæðisins, er útfjólubláa litrófssvæðið enn nokkuð vankannað vegna skorts á beinum tíðnikambandi uppsprettum.
En útfjólubláa litrófssvæðið "er ákaflega mikilvægt og tækið okkar gerir þér kleift að fá ekki aðeins aðgang að snúnings- og titringsupplýsingum sameindasýna heldur einnig að vekja rafrænar umbreytingar," segir Bernhardt. "Þetta eru kveikjurnar að ýmsum ljósefnafræðilegum viðbrögðum sem eru mjög viðeigandi fyrir ljósefnafræðina í andrúmsloftinu okkar."
Tveir laser tíðni greiðar
Tvöföld-kamba litrófsgreining sameinar tvo leysitíðnikambur með örlítið mismunandi endurtekningarhraða, og þegar þessar púlslestir trufla hana niður-breytir hár sjóntíðni á skilvirkan hátt yfir í beint aðgengilegt útvarpstíðnisvið.
„Við getum líka mælt ljósfræðilega eiginleika-gleypni eða dreifingu-sýna sem eru til skoðunar með einfaldri ljósdíóða,“ segir Bernhardt. "Þessi tækni er nú nýtt innan útfjólubláa svæðisins með því að tíðni þrefalda IR-úttakið frá fyrirferðarlítilli eins -hola tvískiptur-kambleysa."
Þökk sé dual-comb meginreglunni nær litrófsmælirinn einni milljón upplausnarkrafta innan undir-sekúndna mælingartíma. "Þetta er einstök samsetning sem þú getur ekki náð með hefðbundnum rist litrófsmælum eða einlitunartækjum," segir Bernhardt.
Main benefits of the group's design changes? Broad spectral coverage of >10 THz, stuttur tökutími (hálf sekúnda), hár upplausnarkraftur 1.000.000, mikið næmi (gleypniþversnið allt að 10-22cm2/molecule), og mikilli nákvæmni-allt innan vankannaða UV litrófssvæðisins.
„Uppsetningin okkar er hreyfanleg og krefst ekki flókins rafræns stöðugleikabúnaðar,“ bendir Bernhardt á. "Fyrra verkefni okkar innihélt auka rafeindagrind. Með því að einfalda það er litrófsmælirinn á leiðinni til að verða notendavænn-og ekki aðeins af sérfræðingum í litrófsgreiningu."
Fordæmalaus UV tvískiptur-kamba litrófsnákvæmni
Hreyfanlegur UV tvískiptur-kambur litrófsmælir hópsins gerði rannsakendum kleift að mæla nákvæmlega frásogsmynstur UV ljóss formaldehýðs (mengunarefni í andrúmsloftinu og rokgjörnu lífrænu efnasambandi). Þessar mælingar voru svo nákvæmar, "við fundum fjölda formaldehýðómunar sem aldrei hefur verið mælst með tilraunum áður," segir Bernhardt. "Þetta var frábær stund!"
Reyndar leiddu mælingar þeirra í ljós að snúningsfastar formaldehýðs í kennslubókum í eðlisfræði síðan á sjöunda áratugnum eru ónákvæmar. Í samstarfi við Harvard & Smithsonian Atomics and Molecular Physics deild Center for Astrophysics í Bandaríkjunum, leiðréttu Bernhardt og hópur hennar gildi þessarar grundvallarsameindar-sértæku færibreytu um allt að 15%.
Prófessor Rolf Breinbauer og hópur hans við Lífræna efnafræðistofnun TU Graz lögðu sitt af mörkum til þessarar vinnu með því að útvega formaldehýð með miklum-hreinleika.
Inneign: Wolf/TU Graz
Rannsakendur í rannsóknarstofunni með farsíma UV tvískiptur-kamburrófsmælirinn-(vinstri til hægri) Rolf Breinbauer, Birgitta Bernhardt, Clemens Hoffman og Mithun Pal.
Næst: Jafnvel fyrirferðarmeiri og stöðugri?
Hvar sem litrófsmerki geta verið áhugaverð eru forrit fyrir farsíma UV tvískiptur-kamburrófsmælir. Það er hægt að nota til grundvallar litrófsgreiningar (til að kanna grundvallar sjónfræðilega eiginleika hvaða tegundar sem er), loftgæðamælingar (efnafræði andrúmslofts mengunarefna), lífskynjun og jafnvel til læknisfræðilegrar öndunargreiningar.
Ljóst er að bætt nákvæmni loftgæðamælinga sker sig úr vegna möguleika þess til að hjálpa til við að afstýra loftmengun andrúmsloftsins og áhrif hennar á jörðina.
„Ljórrófsmælirinn okkar er alltaf í notkun í Coherent Sensing hópnum mínum við TU Graz,“ segir Bernhardt. „Þar sem það er nóg af tegundum sem þarf að rannsaka erum við að kanna leiðir til að gera tækið enn þéttara til að gera loftgæðamælingar á vettvangi með því.
