【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所高曉明研究員團(tuán)隊(duì)在光聲光譜多組分溫室氣體探測方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《基于多聲腔光聲光譜的多組分溫室氣體同時(shí)探測》為題發(fā)表在國際TOP期刊Analytical Chemistry上。
 

　　溫室氣體探測在氣候研究和工業(yè)應(yīng)用中扮演著重要角色。光聲光譜通過探測氣體吸收光能后通過無輻射躍遷產(chǎn)生的聲信號而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)氣體的探測，具有零背景、不受波段限制、大動態(tài)測量范圍等優(yōu)勢。團(tuán)隊(duì)劉錕研究員、曹淵副研究員、博士生彭杰等人通過將多個(gè)聲學(xué)諧振腔耦合進(jìn)同一個(gè)光聲池內(nèi)而發(fā)展了一種新型光聲光譜溫室氣體傳感器，實(shí)現(xiàn)了對CO2、CH4和N2O的同步探測。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)將正弦波驅(qū)動的揚(yáng)聲器集成在多諧振腔光聲池內(nèi)，通過對聲學(xué)傳感器檢測到的駐波放大后的噪聲信號進(jìn)行快速傅里葉變換，從而將光聲池對揚(yáng)聲器的時(shí)域響應(yīng)轉(zhuǎn)化為頻域響應(yīng)，快速提取了光聲池的本征頻率信息。通過將不同波段的激光在對應(yīng)的聲學(xué)諧振腔內(nèi)分別來回反射四次對系統(tǒng)的性能進(jìn)行了改進(jìn)。對于弛豫速率較慢的分子(如CO2、 N2O、 NO等)，添加水汽(H2O)可以明顯加速其振動-平移弛豫過程速率，從而提高對目標(biāo)氣體的探測靈敏度。研究團(tuán)隊(duì)分析了水汽(H2O)對三種溫室氣體弛豫過程的影響，并通過對系統(tǒng)高精度溫度控制實(shí)現(xiàn)了溫室氣體中水汽濃度的長期穩(wěn)定，保證了系統(tǒng)對溫室氣體的測量精度。Allan方差分析顯示在300s的積分時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)對CO2、 CH4和N2O的探測靈敏度分別可達(dá)到2.7 ppm, 90 ppb 和1 ppb。最后研究團(tuán)隊(duì)通過對不同來源的三種溫室氣體進(jìn)行長達(dá)10小時(shí)的連續(xù)測量驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。
 

　　本研究工作得到了國家自然科學(xué)基金(No.42205133)，先進(jìn)激光技術(shù)安徽省實(shí)驗(yàn)室開放基金(No.AHL2021KF06)，合肥物質(zhì)院院長基金(No.YZJJ2022QN10)，以及中國博士后面上基金(No.2022M713185)等項(xiàng)目的資助。
 

光聲光譜多組分溫室氣體傳感裝置及實(shí)物圖
 

多通道光聲池對揚(yáng)聲器的時(shí)域響應(yīng)及頻域響應(yīng)
 

CO2、CH4、N2O長時(shí)間連續(xù)測量結(jié)果及對應(yīng)的水汽濃度和光聲池溫度