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고고도 감지 분야의 혁명: 광음향 분광법을 사용하여 성층권의 질소산화물을 측정하는 방법?
1960년대에 과학자들은 광음향 분광법을 사용하여 대기 중 높은 곳의 가스 농도를 정확하게 측정하는 방법을 처음으로 탐구했습니다. 이 독특한 기술은 대기 중의 질소산화물을 추적하는 핵심 도구로 발전했습니다. 시간이 흐르고 기술이 발전함에 따라 광음향 분광법은 과학계에 정확한 데이터를 제공할 뿐만 아니라, 대기 오염과 기후 변화 연구에 없어서는 안될 역할을 합니다.
광음향 분광법은 소리를 이용해 물질에 흡수된 전자기 에너지의 효과를 측정하는 방법입니다.
광음향 분광법의 기원은 1880년으로 거슬러 올라갑니다. 당시 알렉산더 그레이엄 벨은 얇은 빛판이 햇빛에 의해 빠르게 조사되고 방해를 받으면 소리가 난다는 것을 발견했습니다. 이후의 실험을 통해 과학자들은 가시광선뿐만 아니라 적외선과 자외선도 소리를 낼 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 이 발견은 결국 미래의 고고도 탐지를 위한 토대를 마련했습니다.
오늘날의 현대 광음향 검출기는 벨의 기술을 기반으로 일련의 개량을 거쳤습니다. 이러한 개선 사항은 측정 감도를 높일 뿐 아니라, 광음향 분광법을 성층권 가스 모니터링을 지원하는 효과적인 도구로 만듭니다. 전통적인 태양광은 현대의 강력한 레이저로 대체되었는데, 이는 빛의 강도를 높일 뿐만 아니라 생성된 음향 효과도 더욱 향상시킵니다. 이 기술은 레이저 광음향 분광법(LPAS)이라고 불리며, 질소산화물과 같은 가스를 감지하는 데 중요한 역할을 합니다.
과학자들은 레이저 광음향 분광법을 사용해 10억 분의 몇 수준까지 가스 농도를 측정할 수 있습니다.
실내 측정의 경우, 이러한 새로운 기술은 귀를 민감한 마이크로 교체하고 잠금 증폭기를 사용하여 신호를 더욱 증폭시키는 등 몇 가지 변경을 거쳐 획득한 오디오를 더욱 정확하게 감지할 수 있습니다. 원통형 가스 샘플을 감싸는 것은 변조 주파수를 조정하여 음향 신호를 증폭하는 데에도 도움이 됩니다. 이러한 기술을 통합하면 광음향 분광법의 감도가 더욱 향상됩니다. 더 나은 결과를 얻기 위해 탐지.
1970년대 초, 과학자 바텔과 그의 동료들은 이 기술을 사용하여 고도 28km에서 일산화질소의 변화를 성공적으로 측정했습니다. 이 데이터는 인간이 만든 일산화질소가 오존층 고갈 문제를 어떻게 악화시키는지 이해하는 데 기초를 제공합니다. 중요 참조. 이러한 초기 연구는 이후의 환경 보호 정책 수립을 위한 이론적 기초를 제공했습니다.광음향 분광법은 다양한 유형의 샘플을 평가하고 감지하는 데 중요한 역할을 합니다.
광음향 분광법은 다양한 분야에 응용됩니다. 생물학적 시료 검사에서 연구자들은 시료를 파괴하거나 화학적 처리를 하지 않고도 시료의 화학적 구성을 직접 평가할 수 있습니다. 이러한 정보는 해양 생물이나 뼈의 화학적 상호작용을 연구하는 데 특히 중요하며, 골다공증이 있는 사람의 뼈의 내부 구조를 검사하는 데에도 유용할 수 있습니다.
그와 동시에 과학자들은 저비용 응용 분야에 대한 새로운 솔루션을 끊임없이 모색하고 있으며, 비용을 절감하고 사용자 노출을 늘리기 위해 광음향 분광 기술을 생산 공정에 통합할 계획을 세우고 있습니다. 지난 20년 동안 누출을 감지하거나 이산화탄소 농도를 제어하는 데 사용할 수 있는 저렴한 계측기가 많이 출시되었습니다. 이러한 계측기의 기술적 기반은 주로 저렴한 열원, 소형화된 설계 및 전자 아날로그 장치에 의존합니다.
미래에는 광음향 분광법을 통해 완전히 통합된 마이크로 기계 장비가 실현될 수 있으며, 응용 분야도 더욱 다양해질 수 있습니다.
광음향 분광법은 특히 독성 화학물질을 감지하는 데 있어 군사적으로도 잠재력이 있는 것으로 나타났습니다. 이 기술은 민감도가 높아 화학 공격과 관련된 미량의 화학물질을 식별하는 데 효과적입니다. 또한 LPAS 센서의 응용 범위는 산업 분야뿐만 아니라 보안, 의료 등 호흡 분석과 같은 분야까지 포함되어 광음향 분광 기술의 응용 전망을 더욱 확대합니다.
지속적인 기술 혁신과 다양한 분야로의 확장에 따라, 광음향 분광법은 미래 환경 모니터링과 생물의학 응용 분야에서 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다. 동시에 실험 기술의 발전으로 미래에는 환경 보호에 대한 새로운 발견이 더 많이 나타날까요?
