Technologia analizy zanieczyszczeń powietrza przeniesiona na wyższy poziom
Naukowcy wspierani w ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu ELFIS opracowali innowacyjne urządzenie laserowe, które umożliwia ciągły pomiar zanieczyszczeń powietrza oraz analizę ich reakcji z innymi gazami i światłem słonecznym – w czasie rzeczywistym. Technologia ta jest uważana za pierwszy na świecie szerokopasmowy dwugrzebieniowy spektrometr ultrafioletowy (UV). Została ona opisana w artykule naukowym opublikowanym na łamach czasopisma „Optica”. Spektroskopia wykorzystująca dwa grzebienie częstotliwości wymaga użycia dwóch źródeł laserowych z dyskretnymi, regularnie rozmieszczonymi liniami częstotliwości. Źródła laserowe o tego typu widmie nazywane są grzebieniami częstotliwości, ponieważ emitowane światło – gdy układa się zgodnie z częstotliwościami optycznymi – przypomina zęby grzebienia. Kiedy światło przenika przez materiał gazowy, cząsteczki gazu pochłaniają część tego promieniowania, co powoduje zmianę długości fal świetlnych. Te zmodyfikowane długości fal dostarczają naukowcom cennych informacji na temat składników i właściwości optycznych badanego gazu.
Wyjątkowa funkcja
Jak wyjaśniono w informacji prasowej zamieszczonej na stronie internetowej Politechniki w Grazu (TU Graz), uczelni koordynującej projekt ELFIS, unikatową cechą spektrometru ELFIS jest to, że jego system laserowy emituje podwójne impulsy świetlne w zakresie widma UV. Kiedy światło UV przenika przez cząsteczki gazu, powoduje ich elektroniczne wzbudzenie, a także sprawia, że zaczynają się obracać i wibrować w sposób specyficzny dla każdego rodzaju gazu. W porównaniu z konwencjonalnymi spektrometrami szerokopasmowy dwugrzebieniowy spektrometr UV ma trzy zalety. Po pierwsze, szerokie pasmo emitowanego światła UV sprawia, że wystarczy tylko jeden pomiar, aby zebrać wiele informacji na temat właściwości optycznych próbki gazu. Drugą zaletą tego rozwiązania jest jego wysoka rozdzielczość spektralna, a wreszcie – krótki czas pomiaru potrzebny do analizy próbki gazu. „Dzięki temu nasz spektrometr nadaje się do czułych pomiarów, za pomocą których można bardzo precyzyjnie obserwować zmiany stężenia gazu i przebieg reakcji chemicznych”, zaznacza główny autor badania Lukas Fürst, doktorant na TU Graz. Zespół badawczy testował swój spektrometr na przykładzie jednego z istotnych zanieczyszczeń powietrza – formaldehydu. Formaldehyd to bezbarwna i łatwopalna substancja chemiczna o silnym zapachu, wytwarzana na skalę przemysłową i stosowana głównie w produkcji żywic przemysłowych wykorzystywanych w płytach wiórowych i powłokach. „Dzięki naszemu nowemu spektrometrowi emisje formaldehydu w przemyśle tekstylnym lub drzewnym, a także w miastach borykających się z podwyższonym poziomem smogu, mogą być monitorowane w czasie rzeczywistym, co pozwala na zapewnienie lepszej ochrony personelu i środowiska”, wyjaśnia prof. Birgitta Schultze-Bernhardt z TU Graz, starsza autorka badania. Jednak formaldehyd nie jest jedynym zanieczyszczeniem, do pomiarów którego można wykorzystać nowy spektrometr. Zakres jego zastosowania obejmuje również inne zanieczyszczenia powietrza, takie jak tlenki azotu i ozon, a także szereg istotnych dla klimatu gazów śladowych. Naukowcy wspierani w ramach projektu ELFIS (Electronic Fingerprint Spectroscopy) mają nadzieję, że nowe informacje na temat wpływu tych gazów na atmosferę mogą utorować drogę do opracowania nowych strategii poprawy jakości powietrza. Więcej informacji: projekt ELFIS
Słowa kluczowe
ELFIS, spektrometr, spektrometr dwugrzebieniowy, ultrafiolet, UV, gaz, laser, światło, formaldehyd, jakość powietrza