Solljus har stor inverkan på kemiska processer. Särskilt dess högenergiska UV-strålning absorberas starkt av alla material och utlöser fotokemiska reaktioner av de ämnen som finns i luften. Ett välkänt exempel är bildningen av marknära ozon när UV-ljus träffar kväveoxider.
En forskargrupp ledd av Birgitta Schultze-Bernhardt från Institutet för experimentell fysik vid Graz tekniska universitet (TU Graz) utnyttjar nu denna höga reaktionspotential för en ny metod för miljöövervakning. De har utvecklat världens första bredbandiga UV-dubbelkamspektrometer med vilken luftföroreningar kontinuerligt kan mätas och deras reaktion med omgivningen kan observeras i realtid.
En artikel om utvecklingen har publicerats i tidskriften Optica .
Dubbla kamspektrometrar har funnits i nästan 20 år. Här avger en källa ljus i ett brett våglängdsområde, som, när det är arrangerat efter sina optiska frekvenser, påminner om tänderna på en kam. Om detta ljus penetrerar ett gasformigt materialprov absorberar molekylerna det innehåller en del av ljuset. De ändrade ljusvåglängderna gör det möjligt att dra slutsatser om den analyserade gasens ingredienser och optiska egenskaper.
Det speciella med spektrometern utvecklad av Birgitta Schultze-Bernhardt är att ett lasersystem avger dubbla ljuspulser i det ultravioletta spektrumet. När detta UV-ljus möter gasmolekyler exciterar det molekylerna elektroniskt och får dem också att rotera och vibrera – så kallade rovibroniska övergångar – som är unika för varje gasformig substans.
Dessutom kombinerar bredbands-UV-spektrometern med dubbla kammar tre egenskaper som konventionella spektrometrar hittills bara delvis har kunnat erbjuda:
"Detta gör vår spektrometer lämplig för känsliga mätningar genom vilka förändringar i gaskoncentrationer och förloppet av kemiska reaktioner kan observeras mycket exakt", förklarar Lukas Fürst, Ph.D. student i Coherent Sensing-arbetsgruppen och första författare till publikationen.
Utvecklad och testad med formaldehyd som exempel
Forskarna utvecklade och testade sin spektrometer med formaldehyd. Luftföroreningarna produceras när fossila bränslen och trä förbränns, såväl som inomhus genom ångor från lim som används i möbler.
"Med vår nya spektrometer kan formaldehydemissioner i textil- eller träförädlingsindustrin samt i städer med ökade smognivåer övervakas i realtid, vilket förbättrar skyddet av personal och miljö", förklarar Birgitta Schultze-Bernhardt.
Användningen av spektrometern kan också överföras till andra luftföroreningar som kväveoxider och ozon och andra klimatrelevanta spårgaser. Forskargruppen hoppas att detta ska ge nya rön om deras effekter i atmosfären. Utifrån detta kan nya strategier för att förbättra luftkvaliteten tas fram.
Mer information: Lukas Fürst et al, Bredband nära-ultraviolett dubbelkamspektroskopi, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.516783
Journalinformation: Optica
Tillhandahålls av Graz University of Technology
