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美国研发出可同时检测多种气体的光声光谱技术

导读: 国陆军研究实验室的研究人员发明了一种光声技术用来检测模拟致命神经毒剂的微量气体。

  ,芥子气在第一次世界大战中使用之后的近一个世纪以来,各国政府一直担心遭受化学武器攻击的可能性。美国陆军研究实验室(位于马里兰州阿德而菲)的研究人员发明了一种光声技术用来检测模拟致命神经毒剂的微量气体(Opt. Lett. 37, 3474)。

  论文主要作者Kristan P. Gurton说,长期以来,科学家们在实验室中一直使用光声光谱技术测量单一微量气体的吸收参数。他想掌握这种反应灵敏但是又有局限性的台式技术,并不断对其进行改进用于检测该领域中的多种类型的分子。

  据Gurton所言,中红外量子级联激光器(QCLs)及片上信号处理技术的最新进展使这一技术得以发明成功。研究小组使用了一台定制的量子级联激光器和两台传统的二氧化碳激光器,而这一技术可同时使用3~6台量子级联激光器。这3台激光器波长范围在8.72~10.54 µm之间,每台激光器都对不同的声频(1300~1700Hz)进行调制,以帮助区分分子间的声学响应。

  Gurton和他的同事没有把气体样本放在一个封闭的小盒子里,而是使其通过一个开口的气缸,并在气缸的中心处放置一个扩音器,气缸两端的声学减震器使系统在噪杂的实验室环境中也可正常工作。激光束以垂直于气流的方向在气缸中传输。市面上销售的数字信号处理卡通过内置的放大器将信号从扩音器中分离出来,并测量模拟有毒气体的吸收参数。

  许多防范化学武器攻击的方案都依赖于远程探测,而这套陆军设备(如果与量子级联激光器完全整合在一起)能够装载在无人驾驶靶机上或者安装在诸如火车隧道的封闭空间内。量子级联激光器可能定制成工作在与其它感兴趣的气体发生共振时所需的波长。

  Gurton的研究团队已经拥有这项技术的专利权,但是他希望其他研究人员能够进一步拓展这项技术,并实现商业化应用。

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