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安光所在拉曼光譜氣體檢測(cè)研究方面取得進(jìn)展

2024-10-10 08:46:58來(lái)源：安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所 作者：苗俊芳 閱讀量：41 評(píng)論

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導(dǎo)讀：多組分氣體檢測(cè)技術(shù)在醫(yī)學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)和工業(yè)控制等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)檢測(cè)方法（如半導(dǎo)體氣體傳感、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)等），拉曼光譜技術(shù)可以利用單束激光同時(shí)檢測(cè)多種氣體成分。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所方勇華研究員團(tuán)隊(duì)在腔增強(qiáng)拉曼光譜氣體檢測(cè)研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《用于痕量氣體檢測(cè)的拋物面鏡腔增強(qiáng)拉曼光譜》為題發(fā)表于國(guó)際知名光學(xué)Top期刊《光學(xué)快報(bào)》，博士研究生苗俊芳為論文第一作者，博士后李振鋼為論文通訊作者。
 
　　多組分氣體檢測(cè)技術(shù)在醫(yī)學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)和工業(yè)控制等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)檢測(cè)方法(如半導(dǎo)體氣體傳感、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)等)，拉曼光譜技術(shù)可以利用單束激光同時(shí)檢測(cè)多種氣體成分。然而，受限于微弱的拉曼散射信號(hào)強(qiáng)度，傳統(tǒng)的腔增強(qiáng)檢測(cè)方法無(wú)法同時(shí)兼顧拉曼信號(hào)的激發(fā)效率和收集效率，檢測(cè)靈敏度有待加強(qiáng)。
 
　　針對(duì)此問(wèn)題，苗俊芳與李振鋼等人基于拉曼散射信號(hào)強(qiáng)度分布模型，設(shè)計(jì)了一種多次反射激發(fā)腔與拋物面鏡收集腔相結(jié)合的氣體檢測(cè)系統(tǒng)(PM-CERS)，精確耦合多次反射腔的激光匯聚點(diǎn)與拋物面鏡收集腔的焦點(diǎn)，同時(shí)提高了拉曼信號(hào)的激發(fā)與收集效率，使拉曼信號(hào)強(qiáng)度得到了顯著提升，解決了現(xiàn)有腔增強(qiáng)拉曼檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢測(cè)靈敏度低等技術(shù)難題。
 
　　研究團(tuán)隊(duì)使用PM-CERS對(duì)實(shí)驗(yàn)室空氣樣本進(jìn)行了檢測(cè)分析，結(jié)果表明該裝置在0.5秒曝光時(shí)間內(nèi)對(duì)二氧化碳的檢測(cè)限可達(dá)100ppm。與傳統(tǒng)多通腔增強(qiáng)拉曼光譜系統(tǒng)(CERS)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明PM-CERS的檢測(cè)靈敏度相較于CERS提升了約5.6倍。
 
　　為進(jìn)一步分析系統(tǒng)的檢測(cè)性能，將積分時(shí)間延長(zhǎng)到200s，PM-CERS對(duì)于二氧化碳?xì)怏w的檢測(cè)限達(dá)到了16 ppm。在檢測(cè)的空氣拉曼光譜中，我們還成功識(shí)別出碳氧同位素光譜特征，進(jìn)一步驗(yàn)證了該裝置在醫(yī)學(xué)分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。
 
　　此外，該研究成果獲得了一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)(ZL202311254742.2)。
 
　　本研究由安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助。
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