ஒரே நேரத்தில் பல வாயு கண்டறிதல்

லேசர் உறிஞ்சுதல் நிறமாலைமானி (LAS-Laser Absorption Spectroscopy) அடிப்படையிலான ட்ரேஸ் வாயு கண்டறிதல் அதன் அதிக உணர்திறன் மற்றும் தேர்ந்தெடுப்பதன் காரணமாக ஒரு சக்திவாய்ந்த நுட்பமாகும். மேலும் இது பல துறைகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. தற்போதைய வேலைகளில் பெரும்பாலானவை ஒரு இனத்தை மட்டுமே குறிவைத்து ஒற்றை அதிர்வெண் லேசரைப் பயன்படுத்தி செய்யப்படுகின்றன. வெவ்வேறு கூறுகளுக்கு இடையிலான தொடர்பு பற்றிய ஆய்வுக்கு ஒரே நேரத்தில் பல இனங்களின் அளவீடு தேவைப்படுகிறது, இது இன்னும் சவாலாக உள்ளது.

சமீபத்தில், சீன அறிவியல் அகாடமியின் (CAS) சாங்சுன் இன்ஸ்டிடியூட் ஆப் ஆப்டிக்ஸ், ஃபைன் மெக்கானிக்ஸ் மற்றும் இயற்பியல் (CIOMP) பேராசிரியர் வாங் கியாங் மற்றும் ஹாங்காங்கின் சீனப் பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த பேராசிரியர் ரென் வெய் ஆகியோர் டிரேஸ் வாயு உணர்வி ஒன்றை உருவாக்கினர். அனைத்து ஃபைபர் உள்ளமைவு, மற்றும் ஒரே துணை-μL பகுப்பாய்வு செலவில் ஒரே நேரத்தில் பல-வாயு விசாரணையை அடைந்தது. இந்த ஆய்வு சென்சார்கள் மற்றும் ஆக்சுவேட்டர்கள் பி: கெமிக்கலில் வெளியிடப்பட்டது.

ஒளிவெப்ப நிறமாலைமானியை (PTS-Photothermal Spectroscopy) கலப்பதன் மூலம் இந்த நுட்பம் செய்யப்பட்டது, இது வாயு-கட்ட பகுப்பாய்வின் ஒளிவிலகல் குறியீட்டைக் கண்டறிவதற்கான ஒரு முறையாகும், மற்றும் அதிர்வெண்-பிரிவு மல்டிபிளெக்சிங் (FDM- frequency-division multiplexing), ஒரு உத்தியானது வெவ்வேறு இனங்களை தனித்தனி அதிர்வெண்களில் செலுத்துவதன் மூலம் வாயுவை மாற்றியமைக்கிறது. μm-அளவிலான பயன்முறை புல விட்டம் கொண்ட ஒரு ஹாலோ-கோர் ஃபைபர், கணிசமாக அதிகரித்த ஒளி செறிவு, மிகவும் திறமையான ஒளி-மூலக்கூறு தொடர்பு மற்றும் இன்-லைன் ஃபேப்ரி-பெரோட் தலையீட்டுமானியை வழங்க நெகிழ்வான வாயு அறையாக வேலை செய்தது.

C-band, L-band மற்றும் U-band-இல் அமைந்துள்ள மைய அலைநீளங்களைக் கொண்ட மூன்று டையோடு லேசர்கள் C₂H₂, CO₂ மற்றும் CH₄-ஐ ஒரே நேரத்தில் விசாரிக்க ஒருங்கிணைக்கப்பட்டன. ஒரு சென்டிமீட்டர் நீளமுள்ள ஹாலோ-கோர் ஃபைபரில் C₂H₂, CO₂ மற்றும் CH₄ மாதிரிகளைக் கண்டறிவதன் மூலம் பல உயிரினங்களின் ஒரே நேரத்தில் அளவீடு நிரூபிக்கப்பட்டது, இதன் மொத்த நுகர்வு 0.17 μL மட்டுமே ஆகும். வெவ்வேறு மாதிரி செறிவுகளைக் கொண்ட நான்கு முன்-செட் வாயுக்கள் மாதிரிகளை தூய N₂-உடன் நீர்த்துப்போகச் செய்வதன் மூலம் தயாரிக்கப்பட்டன. எதிர்பார்த்த தொடர்புடைய பதில் வளைவுகள் பெறப்பட்டன.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த காம்பாக்ட் ஆல்-ஃபைபர் உணர்வியின் செயல்திறனையும் சோதனை ரீதியாக நிரூபித்துள்ளனர், இது முறையே C₂H₂, CO₂ மற்றும் CH₄ ஆகியவற்றிற்கான குறைந்தபட்ச கண்டறிதல் வரம்பான 2.5 ppb (ஒரு பில்லியனுக்கு பாகங்கள்), 21 ppm (ஒரு மில்லியனுக்கு பாகங்கள்) மற்றும் 200 ppb-ஐ அடைகிறது மற்றும் மூன்று முதல் ஐந்து ஆர்டர்கள் அளவு கொண்ட ஒரு நல்ல நேரியல் மாறும் வரம்புகளைக் கொண்டுள்ளது.

அதிக உணர்திறன், குறைந்த எரிவாயு நுகர்வு மற்றும் சிறிய அளவு ஆகியவற்றின் தனித்துவமான அம்சங்கள் உணர்வி துல்லியமான வாயு பகுப்பாய்வுக்கான பல்துறை கருவியாக அமைகிறது.

References:

• Huang, Q., Wei, Y., & Li, J. (2022). Simultaneous detection of multiple gases using multi-resonance photoacoustic spectroscopy. Sensors and Actuators B: Chemical, 369, 132234.
• Long, F., Gao, G., Zhang, M., Jiang, Y., & Cai, T. (2022). Multi-laser sensor for simultaneous multi-gas measurements using off-axis cavity-enhanced absorption spectroscopy with an opposite two-way configuration. Optics Letters, 47(6), 1339-1342.
• Chen, C., Ren, Q., & Wang, Y. Z. (2019). Review on multi gas detector using infrared spectral absorption technology. Applied Spectroscopy Reviews, 54(5), 425-444.
• Sampaolo, A., Patimisco, P., Giglio, M., Zifarelli, A., Wu, H., Dong, L., & Spagnolo, V. (2021). Quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy for multi-gas detection: A review. Analytica Chimica Acta, 338894.
• Li, S., Dong, L., Wu, H., Yin, X., Ma, W., Zhang, L., & Tittel, F. K. (2019). Simultaneous multi-gas detection between 3 and 4 μm based on a 2.5-m multipass cell and a tunable Fabry-Pérot filter detector. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 216, 154-160.