安光所在中紅外增強(qiáng)型空芯光波導(dǎo)同位素測(cè)量方面取得新進(jìn)展

　　近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安徽光機(jī)所張志榮研究員團(tuán)隊(duì)在基于新型空芯光波導(dǎo)激光吸收光譜氣體穩(wěn)定同位素測(cè)量研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以《用于氣體同位素比值測(cè)量的新型中紅外增強(qiáng)型空芯光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)與性能分析》為題發(fā)表在國際TOP期刊Analytical Chemistry(一區(qū))上。
 

　　近年來，空芯光波導(dǎo)(Hollow Waveguide，HWG)作為一種新型的氣體吸收池，具有光程體積比大、光路布置靈活穩(wěn)定、成本較低等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于光譜測(cè)量領(lǐng)域，在多個(gè)方面相較于傳統(tǒng)多次反射型光程池具有明顯優(yōu)勢(shì)。但是常規(guī)空芯光波導(dǎo)一般采用直通單路式測(cè)量，其光程取決于所使用的空芯光波導(dǎo)長度，極大的限制了其靈敏度和檢測(cè)極限的提升。
 

　　本研究借鑒積分腔、腔衰蕩的高反射鏡光程提升設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了基于高反射率鏡片的增強(qiáng)型空芯光波導(dǎo)(EHWG)的新型氣體吸收池部件，有效提高了光波導(dǎo)的光程利用率，極大的提高了光程體積比。同時(shí)，以幽門螺桿菌感染的“金標(biāo)準(zhǔn)” 13C-尿素呼氣試驗(yàn)(13C-UBT)為依據(jù)，測(cè)量了呼氣成分中的CO三種穩(wěn)定同位素比值。結(jié)果表明：EHWG傳感器對(duì)于三種同位素的測(cè)量精度(δ13C~0.36‰，δ18O~0.46‰，δ17O~0.88‰)優(yōu)于前期的研究工作(Wenbiao Huang, Zhirong Zhang, Hua Xia, et al, Simultaneous measurement of 13C-, 18O-, and 17O- isotopes of CO2 using a compact mid-infrared hollow waveguide gas sensor, Sensors and Actuators B: Chemical, 2024, 417: 136119.)。此外，通過將EHWG傳感器真實(shí)呼氣測(cè)量結(jié)果與醫(yī)院體檢中13C-UBT的結(jié)果相驗(yàn)證，證明了該傳感器具有安全性、非侵入性以及快速方便等優(yōu)勢(shì)，為下一步的臨床測(cè)試奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，EHWG在制造小型化、廣譜和輕量化氣體傳感器方面具有巨大潛力，有望成為微量樣本氣體測(cè)量的首選。
 

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生黃文彪與夏滑副研究員為共同第一作者，張志榮研究員為論文通訊作者。本研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2022YFB3207601)、安徽省杰青項(xiàng)目(2408085J001)、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(201904c03020005)、中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院“火花”基金(YZJJ20220N02)等項(xiàng)目支持。
 

增強(qiáng)型空芯光波導(dǎo)氣體同位素傳感器示意圖
 

EHWG傳感器R13C、R18O和R17O的測(cè)量精度