Language
Country/Area
No result found
ثورة في الكشف على ارتفاعات عالية: كيفية قياس أكاسيد النيتروجين في طبقة الستراتوسفير باستخدام التحليل الطيفي الضوئي الصوتي؟
في الستينيات، اكتشف العلماء لأول مرة كيفية استخدام التحليل الطيفي الضوئي الصوتي لقياس تركيزات الغاز العالية في السماء بدقة، وهي تقنية فريدة تطورت لتصبح أداة رئيسية لتتبع أكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي. مع مرور الوقت والتقدم التكنولوجي، لا يوفر التحليل الطيفي الضوئي للمجتمع العلمي بيانات دقيقة فحسب، بل يلعب أيضًا دورًا أساسيًا في دراسة تلوث الهواء وتغير المناخ.
التحليل الطيفي الصوتي هو وسيلة لقياس تأثير الطاقة الكهرومغناطيسية الممتصة على المادة، والكشف عنها من خلال الصوت.
تعود أصول التحليل الطيفي الصوتي الضوئي إلى عام 1880، عندما اكتشف ألكسندر جراهام بيل أن الصفائح الرقيقة تصدر أصواتًا عندما تضاء بسرعة ويقطعها ضوء الشمس. ومن خلال التجارب اللاحقة، اكتشف العلماء أن الضوء المرئي ليس فقط، ولكن أيضًا الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية يمكن أن تسبب الصوت أيضًا. وقد وضع هذا الاكتشاف في النهاية الأساس لاكتشاف الارتفاعات العالية في المستقبل.
اليوم، قامت أجهزة الكشف الضوئية الصوتية الحديثة بإجراء سلسلة من التحسينات استنادًا إلى تقنية Bell. لا تعمل هذه التحسينات على تحسين حساسية القياسات فحسب، بل تجعل التحليل الطيفي الضوئي الصوتي أداة فعالة لدعم مراقبة الغاز الستراتوسفيري. يتم استبدال ضوء الشمس التقليدي بأشعة ليزر حديثة وقوية، والتي لا تزيد من شدة الضوء فحسب، بل تعمل أيضًا على تعزيز المؤثرات الصوتية الناتجة. تلعب هذه التقنية، التي تسمى التحليل الطيفي الضوئي الصوتي بالليزر (LPAS)، دورًا رئيسيًا في الكشف عن الغازات مثل أكاسيد النيتروجين.
باستخدام تقنية التحليل الطيفي الضوئي الصوتي بالليزر، يستطيع العلماء قياس تركيزات الغاز بأجزاء في المليار.
فيما يتعلق بالقياس الداخلي، أجرت هذه التقنيات الجديدة أيضًا بعض التغييرات، مثل استبدال الأذن بميكروفون حساس واستخدام مضخم صوت مقفل لزيادة تضخيم الإشارة، بحيث يمكن اكتشاف الصوت الذي تم الحصول عليه بشكل أكثر دقة . ويساعد تغليف عينات الغاز الأسطوانية أيضًا على تضخيم الإشارة الصوتية عن طريق ضبط تردد التعديل، كما يعمل تكامل هذه التقنيات على تحسين حساسية التحليل الطيفي الصوتي. من أجل الحصول على نتائج أفضل في الكشف.
في أوائل السبعينيات، نجح العالم باتيل وزملاؤه في استخدام هذه التقنية لقياس التغيرات في أكسيد النيتريك على ارتفاع 28 كيلومترًا، وتوفر هذه البيانات نظرة ثاقبة حول كيفية تفاقم أكاسيد النيتروجين التي يصنعها الإنسان لمشكلة تدمير طبقة الأوزون مرجع. قدمت هذه الدراسات المبكرة أساسًا نظريًا لصياغة سياسة حماية البيئة اللاحقة.
يلعب التحليل الطيفي الصوتي دورًا مهمًا في تقييم واكتشاف أنواع مختلفة من العينات.
يُستخدم التحليل الطيفي الصوتي في العديد من المجالات. في اختبار العينات البيولوجية، يتمكن الباحثون من تقييم التركيب الكيميائي للعينة بشكل مباشر دون تدميرها أو معالجتها كيميائيًا. وهذا النوع من المعلومات مهم بشكل خاص لدراسة التفاعلات الكيميائية في الكائنات البحرية أو العظام، ويمكن أن يكون مفيدًا أيضًا لفحص البنية الداخلية للعظام لدى الأشخاص المصابين بهشاشة العظام.
وفي الوقت نفسه، وفي اتجاه التطبيقات منخفضة التكلفة، يستكشف العلماء أيضًا باستمرار حلولًا جديدة ويخططون لدمج تكنولوجيا التحليل الطيفي الضوئي الصوتي في عملية الإنتاج، وبالتالي تقليل التكاليف وزيادة الاتصال بالمستخدمين. وفي العقدين الماضيين، تم تطوير العديد من الأدوات منخفضة التكلفة التي يمكن استخدامها للكشف عن تسرب الهواء أو التحكم في تركيزات ثاني أكسيد الكربون، وتعتمد أسسها التقنية بشكل أساسي على مصادر الحرارة منخفضة التكلفة، والتصميمات المصغرة، وأجهزة المحاكاة الإلكترونية.
في المستقبل، قد تحقق تقنية التحليل الطيفي الصوتي أدوات ميكانيكية دقيقة متكاملة تمامًا وتزيد من سيناريوهات تطبيقها.
في المجال العسكري، أظهر التحليل الطيفي الضوئي الصوتي أيضًا إمكاناته، خاصة في الكشف عن العوامل الكيميائية السامة. ونظرًا لحساسيتها العالية، فإن هذه التقنية فعالة في تحديد الكميات الضئيلة من المواد الكيميائية المرتبطة بالهجمات الكيميائية. بالإضافة إلى ذلك، لا يغطي نطاق تطبيق مستشعرات LPAS الصناعة فحسب، بل يشمل أيضًا مجالات السلامة والمجالات الطبية، مثل تحليل التنفس، مما يوسع آفاق استخدام تقنية التحليل الطيفي الصوتي الضوئي.
مع الابتكار التكنولوجي المستمر وتوسعه في مجالات مختلفة، ستلعب تكنولوجيا التحليل الطيفي الضوئي الصوتي دورًا متزايد الأهمية في المراقبة البيئية المستقبلية والتطبيقات الطبية الحيوية. وفي الوقت نفسه، ومع تقدم التكنولوجيا التجريبية، هل سنشهد المزيد من الاكتشافات الجديدة في مجال حماية البيئة في المستقبل؟
