Language
Country/Area
No result found
Революция в высотном детектировании: как измерить оксиды азота в стратосфере с помощью фотоакустической спектроскопии?
В 1960-х годах ученые впервые исследовали, как использовать фотоакустическую спектроскопию для точного измерения концентраций газов в верхних слоях атмосферы. Эта уникальная технология превратилась в ключевой инструмент отслеживания оксидов азота в атмосфере. С течением времени и развитием технологий фотоакустическая спектроскопия не только предоставляет научному сообществу точные данные, но и играет незаменимую роль в изучении загрязнения воздуха и изменения климата.
Фотоакустическая спектроскопия — это метод измерения воздействия поглощенной электромагнитной энергии на вещество с использованием звука для его обнаружения.
Истоки фотоакустической спектроскопии восходят к 1880 году, когда Александр Грэхем Белл обнаружил, что тонкие слои света издают звуки, когда их быстро освещает солнечный свет и прерывает его. В ходе последующих экспериментов ученые узнали, что не только видимый свет, но также инфракрасный и ультрафиолетовый свет может вызывать звук. Это открытие в конечном итоге заложило основу для будущего высотного обнаружения.
Сегодня современные фотоакустические детекторы претерпели ряд усовершенствований на основе технологии Белла. Эти усовершенствования не только повышают чувствительность измерения, но и делают фотоакустическую спектроскопию эффективным инструментом для мониторинга стратосферных газов. Традиционный солнечный свет заменяется современными мощными лазерами, которые не только увеличивают интенсивность света, но и дополнительно усиливают создаваемые звуковые эффекты. Этот метод, называемый лазерной фотоакустической спектроскопией (ЛФАС), играет ключевую роль в обнаружении таких газов, как оксиды азота.
Используя лазерную фотоакустическую спектроскопию, ученые могут измерять концентрацию газа вплоть до нескольких частей на миллиард.
Для измерений внутри помещений эти новые технологии также вносят некоторые изменения, такие как замена ушей чувствительными микрофонами и использование синхронных усилителей для дальнейшего усиления сигнала, чтобы полученный звук можно было обнаружить более точно. Обертывание цилиндрического образца газа также помогает усилить звуковой сигнал путем регулировки частоты модуляции. Интеграция этих технологий дополнительно повышает чувствительность фотоакустической спектроскопии. Для достижения лучших результатов обнаружения. В начале 1970-х годов ученый Баттель и его коллеги успешно использовали эту технологию для измерения изменений оксида азота на высоте 28 километров. Эти данные дают основу для понимания того, как антропогенные оксиды азота усугубляют проблему истощения озонового слоя. Важно ссылка. Эти ранние исследования обеспечили теоретическую основу для последующей формулировки политик защиты окружающей среды.
Фотоакустическая спектроскопия играет важную роль в оценке и обнаружении различных типов образцов.
Фотоакустическая спектроскопия имеет применение во многих областях. При биологическом тестировании образцов исследователи могут напрямую оценить химический состав образца без необходимости разрушения или химической обработки. Эта информация особенно важна для изучения химических взаимодействий в морской жизни или костях, а также может быть полезна для изучения внутренней структуры костей у людей с остеопорозом.
В то же время ученые постоянно изучают новые решения для недорогих приложений, планируя интегрировать технологию фотоакустической спектроскопии в производственный процесс, чтобы снизить затраты и расширить возможности пользователей. За последние два десятилетия появилось много недорогих приборов, которые можно использовать для обнаружения утечек или контроля концентрации углекислого газа. Их технические основы в первую очередь опираются на недорогие источники тепла, миниатюрные конструкции и электронные аналоговые устройства.
В будущем фотоакустическая спектроскопия может реализовать полностью интегрированные микромеханические инструменты и увеличить сценарии применения.
Фотоакустическая спектроскопия также демонстрирует потенциал в военном деле, особенно при обнаружении токсичных химических веществ. Благодаря своей высокой чувствительности эта технология эффективна для выявления следовых количеств химических веществ, связанных с химическими атаками. Кроме того, сфера применения датчиков LPAS охватывает не только промышленность, но и такие области, как безопасность и медицина, например, анализ дыхания, что еще больше расширяет перспективы применения технологии фотоакустической спектроскопии.
Благодаря постоянным технологическим инновациям и их расширению в различных областях фотоакустическая спектроскопия будет играть все более важную роль в будущем мониторинге окружающей среды и биомедицинских приложениях. В то же время, с развитием экспериментальных технологий, станем ли мы свидетелями новых открытий в области защиты окружающей среды в будущем?
