Een onderzoeksteam onder leiding van Birgitta Schultze-Bernhardt van het Instituut voor Experimentele Fysica van de Technische Universiteit van Graz (TU Graz) maakt nu gebruik van dit hoge reactiepotentieel voor een nieuwe methode voor milieumonitoring. Ze hebben 's werelds eerste breedband UV-dubbelkamspectrometer ontwikkeld waarmee luchtverontreinigende stoffen voortdurend kunnen worden gemeten en hun reactie met de omgeving in realtime kan worden waargenomen.

Een artikel over de ontwikkeling is gepubliceerd in het tijdschrift Optica .

Dubbelkamspectrometers bestaan ​​al bijna twintig jaar. Hier zendt een bron licht uit in een breed golflengtebereik, dat, gerangschikt volgens zijn optische frequenties, doet denken aan de tanden van een kam. Als dit licht een gasvormig materiaalmonster binnendringt, absorberen de moleculen die het bevat een deel van het licht. De veranderde lichtgolflengten maken het mogelijk conclusies te trekken over de ingrediënten en optische eigenschappen van het geanalyseerde gas.

Laserlichtpulsen zorgen ervoor dat gasmoleculen roteren en trillen

Het bijzondere aan de door Birgitta Schultze-Bernhardt ontwikkelde spectrometer is dat een lasersysteem dubbele lichtpulsen uitzendt in het ultraviolette spectrum. Wanneer dit UV-licht gasmoleculen ontmoet, exciteert het de moleculen elektronisch en zorgt ervoor dat ze gaan roteren en trillen (zogenaamde rovibronische overgangen), die uniek zijn voor elke gasvormige substantie.

Bovendien combineert de breedband UV-dubbelkamspectrometer drie eigenschappen die conventionele spectrometers tot nu toe slechts gedeeltelijk hebben kunnen bieden:

1. Een grote bandbreedte van het uitgezonden UV-licht, waardoor met één meting veel informatie over de optische eigenschappen van de gasmonsters kan worden verzameld.
2. Een hoge spectrale resolutie, die in de toekomst ook het onderzoek van complexe gasmengsels zoals de atmosfeer van onze aarde mogelijk zal maken.
3. Korte meettijden bij het analyseren van de gasmonsters.

"Dit maakt onze spectrometer geschikt voor gevoelige metingen waarmee veranderingen in gasconcentraties en het verloop van chemische reacties zeer nauwkeurig kunnen worden waargenomen", legt Lukas Fürst, Ph.D. student in de Coherent Sensing werkgroep en eerste auteur van de publicatie.

Ontwikkeld en getest met formaldehyde als voorbeeld

De onderzoekers ontwikkelden en testten hun spectrometer met formaldehyde. De luchtverontreinigende stof ontstaat bij de verbranding van fossiele brandstoffen en hout, maar ook binnenshuis door dampen van lijmen die in meubels worden gebruikt.

"Met onze nieuwe spectrometer kunnen de formaldehyde-emissies in de textiel- en houtverwerkende industrie en in steden met verhoogde smogniveaus in realtime worden gevolgd, waardoor de bescherming van personeel en milieu wordt verbeterd", legt Birgitta Schultze-Bernhardt uit.

P>

De toepassing van de spectrometer kan ook worden overgedragen op andere luchtverontreinigende stoffen zoals stikstofoxiden en ozon en andere klimaatrelevante sporengassen. Het onderzoeksteam hoopt dat dit nieuwe bevindingen zal opleveren over hun effecten in de atmosfeer. Op basis hiervan zouden nieuwe strategieën voor het verbeteren van de luchtkwaliteit kunnen worden afgeleid.

Meer informatie: Lukas Fürst et al, Breedband bijna-ultraviolette dubbele kamspectroscopie, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.516783

Journaalinformatie: Optica

Aangeboden door de Technische Universiteit van Graz