Ánh sáng mặt trời có ảnh hưởng lớn đến các quá trình hóa học. Đặc biệt, bức xạ tia cực tím năng lượng cao của nó được hấp thụ mạnh bởi tất cả các vật liệu và gây ra phản ứng quang hóa của các chất có trong không khí. Một ví dụ nổi tiếng là sự hình thành tầng ozone trên mặt đất khi tia UV chiếu vào oxit nitơ.
Một nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi Birgitta Schultze-Bernhardt từ Viện Vật lý Thực nghiệm tại Đại học Graz Công nghệ (TU Graz) hiện đang sử dụng tiềm năng phản ứng cao này cho một phương pháp giám sát môi trường mới. Họ đã phát triển máy quang phổ kế kép UV băng thông rộng đầu tiên trên thế giới mà nhờ đó các chất gây ô nhiễm không khí có thể được đo liên tục và phản ứng của chúng với môi trường có thể được quan sát trong thời gian thực.
Một bài báo về sự phát triển đã được công bố trên tạp chí quang học.
Máy quang phổ lược kép đã tồn tại được gần 20 năm. Ở đây, một nguồn phát ra ánh sáng ở một dải bước sóng rộng, khi được sắp xếp theo tần số quang học của nó, ánh sáng này gợi nhớ đến những chiếc răng lược. Nếu ánh sáng này xuyên qua một mẫu vật liệu khí, các phân tử chứa trong đó sẽ hấp thụ một phần ánh sáng. Các bước sóng ánh sáng thay đổi cho phép rút ra kết luận về thành phần và tính chất quang học của khí được phân tích.
Các xung ánh sáng laser làm cho các phân tử khí quay và dao động
Điểm đặc biệt của máy quang phổ do Birgitta Schultze-Bernhardt phát triển là hệ thống laser phát ra các xung ánh sáng kép trong phổ tử ngoại. Khi ánh sáng tia cực tím này gặp các phân tử khí, nó sẽ kích thích các phân tử bằng điện tử và cũng làm cho chúng quay và rung – gọi là chuyển tiếp rovibronic – đặc trưng cho mỗi chất khí.
Ngoài ra, máy quang phổ kế kép UV băng thông rộng kết hợp ba đặc tính mà máy quang phổ thông thường cho đến nay chỉ có thể cung cấp một phần:
- Băng thông lớn của tia UV phát ra, có nghĩa là có thể thu thập được rất nhiều thông tin về tính chất quang học của các mẫu khí chỉ bằng một phép đo.
- Độ phân giải quang phổ cao, trong tương lai cũng sẽ cho phép nghiên cứu các hỗn hợp khí phức tạp như bầu khí quyển Trái đất của chúng ta.
- Rút ngắn thời gian đo khi phân tích mẫu khí.
Lukas Fürst, Ph.D. sinh viên trong nhóm làm việc Cảm biến mạch lạc và là tác giả đầu tiên của ấn phẩm.
Được phát triển và thử nghiệm bằng cách sử dụng formaldehyde làm ví dụ
Các nhà nghiên cứu đã phát triển và thử nghiệm máy quang phổ của họ bằng cách sử dụng formaldehyde. Chất gây ô nhiễm không khí được tạo ra khi đốt nhiên liệu hóa thạch và gỗ, cũng như trong nhà thông qua hơi từ chất kết dính được sử dụng trong đồ nội thất.
Birgitta Schultze-Bernhardt giải thích: “Với máy quang phổ mới của chúng tôi, lượng khí thải formaldehyde trong ngành dệt may hoặc chế biến gỗ cũng như ở các thành phố có mức độ sương mù tăng cao có thể được theo dõi trong thời gian thực, do đó cải thiện khả năng bảo vệ con người và môi trường”.
Ứng dụng của máy quang phổ cũng có thể được áp dụng cho các chất gây ô nhiễm không khí khác như oxit nitơ và ozon cũng như các loại khí vi lượng có liên quan đến khí hậu khác. Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng điều này sẽ cung cấp những phát hiện mới về tác động của chúng trong khí quyển. Dựa trên điều này, các chiến lược mới để cải thiện chất lượng không khí có thể được đưa ra.