แสงแดดมีอิทธิพลอย่างมากต่อกระบวนการทางเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งรังสี UV พลังงานสูงจะถูกดูดซับอย่างรุนแรงจากวัสดุทุกชนิด และกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอลของสารที่อยู่ในอากาศ ตัวอย่างที่รู้จักกันดีคือการก่อตัวของโอโซนระดับพื้นดินเมื่อแสงยูวีกระทบกับไนโตรเจนออกไซด์
ทีมวิจัยที่นำโดย Birgitta Schultze-Bernhardt จากสถาบันฟิสิกส์ทดลองแห่งมหาวิทยาลัยกราซ เทคโนโลยี (TU Graz) กำลังใช้ศักยภาพในการเกิดปฏิกิริยาสูงนี้สำหรับวิธีการใหม่ในการตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อม พวกเขาได้พัฒนาสเปกโตรมิเตอร์ UV dual-comb บรอดแบนด์เครื่องแรกของโลก ซึ่งสามารถตรวจวัดมลพิษทางอากาศได้อย่างต่อเนื่อง และสามารถสังเกตปฏิกิริยาของพวกมันกับสิ่งแวดล้อมได้แบบเรียลไทม์
มีการตีพิมพ์บทความเกี่ยวกับการพัฒนาในวารสาร เลนส์.
สเปกโตรมิเตอร์แบบหวีคู่มีมาเกือบ 20 ปีแล้ว ในกรณีนี้ แหล่งกำเนิดจะปล่อยแสงในช่วงความยาวคลื่นกว้าง ซึ่งเมื่อจัดเรียงตามความถี่เชิงแสงแล้วจะมีลักษณะคล้ายกับฟันหวี ถ้าแสงนี้ทะลุผ่านตัวอย่างวัสดุที่เป็นก๊าซ โมเลกุลที่แสงนั้นดูดซับแสงบางส่วนไว้ ความยาวคลื่นแสงที่เปลี่ยนแปลงทำให้ได้ข้อสรุปเกี่ยวกับส่วนผสมและคุณสมบัติทางแสงของก๊าซที่วิเคราะห์
พัลส์แสงเลเซอร์ทำให้โมเลกุลของก๊าซหมุนและสั่นสะเทือน
คุณสมบัติพิเศษของสเปกโตรมิเตอร์ที่พัฒนาโดย Birgitta Schultze-Bernhardt คือระบบเลเซอร์ปล่อยพัลส์แสงคู่ในสเปกตรัมอัลตราไวโอเลต เมื่อแสงยูวีพบกับโมเลกุลของก๊าซ มันจะกระตุ้นโมเลกุลด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ และยังทำให้โมเลกุลหมุนและสั่น ซึ่งเรียกว่าการเปลี่ยนผ่านแบบโรวิโบรนิก ซึ่งเป็นเอกลักษณ์ของสารก๊าซแต่ละชนิด
นอกจากนี้ สเปกโตรมิเตอร์ UV แบบหวีคู่บรอดแบนด์ยังรวมคุณสมบัติสามประการที่สเปกโตรมิเตอร์แบบทั่วไปสามารถทำได้เพียงบางส่วนเท่านั้น:
- แบนด์วิธขนาดใหญ่ของแสง UV ที่ปล่อยออกมา ซึ่งหมายความว่าข้อมูลจำนวนมากเกี่ยวกับคุณสมบัติทางแสงของตัวอย่างก๊าซสามารถเก็บรวบรวมได้ด้วยการตรวจวัดเพียงครั้งเดียว
- ความละเอียดสเปกตรัมสูงซึ่งในอนาคตจะช่วยให้สามารถตรวจสอบส่วนผสมก๊าซที่ซับซ้อนเช่นชั้นบรรยากาศโลกของเราได้
- ใช้เวลาในการวัดเร็วขึ้นเมื่อวิเคราะห์ตัวอย่างก๊าซ
“สิ่งนี้ทำให้สเปกโตรมิเตอร์ของเราเหมาะสำหรับการตรวจวัดที่มีความละเอียดอ่อน ซึ่งสามารถสังเกตการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของก๊าซและปฏิกิริยาทางเคมีได้อย่างแม่นยำมาก” Ph.D. Lukas Fürst อธิบาย นักเรียนในคณะทำงาน Coherent Sensing และผู้เขียนคนแรกของสิ่งพิมพ์
พัฒนาและทดสอบโดยใช้ฟอร์มาลดีไฮด์เป็นตัวอย่าง
นักวิจัยได้พัฒนาและทดสอบสเปกโตรมิเตอร์โดยใช้ฟอร์มาลดีไฮด์ มลพิษทางอากาศเกิดขึ้นเมื่อเชื้อเพลิงฟอสซิลและไม้ถูกเผา รวมถึงภายในอาคารด้วยไอระเหยจากกาวที่ใช้ในเฟอร์นิเจอร์
“ด้วยสเปกโตรมิเตอร์ใหม่ของเรา การปล่อยก๊าซฟอร์มาลดีไฮด์ในอุตสาหกรรมสิ่งทอหรือการแปรรูปไม้ รวมถึงในเมืองที่มีระดับหมอกควันเพิ่มขึ้นสามารถตรวจสอบได้แบบเรียลไทม์ ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการปกป้องบุคลากรและสิ่งแวดล้อม” Birgitta Schultze-Bernhardt อธิบาย
การใช้สเปกโตรมิเตอร์ยังสามารถถ่ายโอนไปยังมลพิษทางอากาศอื่นๆ เช่น ไนโตรเจนออกไซด์และโอโซน และก๊าซติดตามอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับสภาพอากาศ ทีมวิจัยหวังว่าสิ่งนี้จะให้ข้อค้นพบใหม่เกี่ยวกับผลกระทบที่มีต่อชั้นบรรยากาศ จากนี้ จึงสามารถกำหนดกลยุทธ์ใหม่ในการปรับปรุงคุณภาพอากาศได้