《德国研究人员开发出宽带紫外双梳光谱仪,可实时监测甲醛等空气污染物,助力空气质量改善研究》

  • 来源专题:水与大气环境治理
  • 编译者: 胡晓语
  • 发布时间:2025-06-10
  • 由Birgitta Schultze-Bernhardt开发的双梳光谱仪,其激光系统在紫外光谱内发射双重光脉冲。当紫外光遇到气体分子时,会引发电子激发以及旋转和振动,即所谓的“转动-振动过渡”,这是每种气体物质所特有的。该光谱仪适用于敏感测量,可以非常精确地观察气体浓度变化和化学反应进程,研究人员以甲醛为例开发并测试了他们的光谱仪。甲醛是燃烧化石燃料和木材时产生的一种空气污染物,也会通过家具中的粘合剂挥发在室内环境中。使用新光谱仪,纺织品中的甲醛排放可以被精确检测到。
  • 原文来源:https://www.sciencedaily.com/releases/2024/04/240410112728.htm
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  • 《用于监测全球甲烷和空气质量的创新卫星》

    • 来源专题:可再生能源
    • 编译者:pengh
    • 发布时间:2017-10-23
    • 上周五,欧洲航天局的“卫星”-5p卫星进入了地球上空的轨道。船上是一种名为“托普米”的成像光谱仪,由SRON(荷兰航天局)和KNMI(荷兰皇家气象研究所)领导,监测大气中甲烷、臭氧和其他空气质量相关污染物的含量。 这一独特的太空进步引起了人们的热议,它将提供关于甲烷的宝贵数据。甲烷是一种强大的温室气体,占我们地球气候变暖的四分之一。遏制人为甲烷排放是在未来几十年减缓全球变暖速度的最有效和最经济的方法之一,同时努力在全球范围内继续减少二氧化碳的排放。 检测甲烷从太空 甲烷来源包括牲畜、农业、石油和天然气作业以及垃圾填埋场的自然和人工排放。这些资源分布在世界各地,在当地、地区和时间上都有很大的差异,这使得对不同来源的排放进行量化具有挑战性。 这就是卫星发挥作用的地方。它们汇集了持续监测整个地球的独特能力,测量关键的地球物理变量,并通过收集长期数据来绘制变化。 托普米卫星传感器在空气污染监测方面取得了重大进展,包括更好地解决甲烷和其他影响空气质量的主要污染物(如NO2、SO2、甲醛、气溶胶)。例如,来自托普米的数据将在世界各地7公里x7公里的网格上提供,而这些数据在每天的基础上都无法得到,这是一种对甲烷或其他污染物的时空分辨率。 由于云层影响了从太空中发现甲烷,所以托普米每天的数据覆盖对于确保我们定期测量排放水平是至关重要的,以便为正在发生的事情建立可靠的统计数据。再加上复杂的技术,如大气逆模型,来自托普米的数据将被用于在地面上产生甲烷排放。 所谓的“自下而上”的方法,即从地面上的设施来描述排放测量,提供了关于排放源的有价值和详细的信息。但是,自下而上的排放清单往往存在差距。出于技术、政治和专有的原因,地球上许多地方都无法提供关于污染物排放的准确的地面数据。 然而,大气逆温使我们能够产生“自上而下”的排放估计,而这种估算是在不访问一个地点的情况下完成的,而且成本要低得多。这种技术在确定发射源和强度的过程中,是复杂的大气运输过程。由此产生的排放数据是改善排放清单的关键,有助于制定有效的政策制定。 ——文章发布于2017年10月21日
  • 《美国国家标准与技术研究院(NIST)研究人员开发“自由形式双梳光谱学”激光技术,可以更快、更灵敏地监测温室气体》

    • 来源专题:计量基标准与精密测量
    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2024-10-13
    • 近日,美国国家标准与技术研究院(NIST)的科学家开发了一种新的基于激光的技术,可以大大提高我们分析各种材料和气体(包括温室气体)的能力。这种被称为“自由形式双梳光谱学”的新方法提供了一种更快、更灵活、更灵敏的方法来分析空气和其他材料中的物质。 在这项发表在《Nature Photonics》期刊中的具体研究中(DOI:10.1038/s41566-024-01530-y),研究人员证明,他们的实验室系统可以检测到单一气体,在这种情况下是强效温室气体甲烷,其灵敏度是传统双梳系统的22倍。这种增加的敏感性有朝一日可能有助于识别可能被忽视的小泄漏或排放,从而有助于应对气候变化。 技术进步 光谱学是一种复杂的技术,它使科学家能够通过观察不同材料与光的相互作用来识别和测量不同的材料。正如棱镜将白光分离成彩虹般的颜色,光谱学将来自或穿过物质的光分离出来,揭示其独特的“指纹”,并提供有关其性质和成分的宝贵信息。 NIST的研究人员创造了一种改进的基于激光的测量技术,称为双梳光谱学。双梳光谱学是一种特别高分辨率的光谱学形式,可以同时对多种颜色的光进行精细的检查。 新的激光测量技术改进了旧方法,使科学家能够以令人难以置信的精度控制激光脉冲的定时。这种精确的控制使他们能够专注于样本指纹中最重要的部分,而忽略不提供有用信息的区域。因此,更智能的系统可以比以前更快地检测和测量物质。 这种新方法可以以多种方式使用。例如,科学家可以使用它快速创建图像,显示气体在空间中的分布情况。或者,如果研究人员不知道他们正在调查的地区到底有什么样的气体,他们可以使用一种称为压缩采样的通用技术。这是一种“智能”的测量方法,专注于可能有重要信息的领域,在其他地方进行较少的测量。这种策略使整个过程的效率比传统方法高10到100倍。 可视化气体羽流 这项技术可以创建各种气体云的快速、详细的图像。在这项研究中,研究人员创建了甲烷羽流的实时图像。甲烷是一种强效温室气体,会导致气候变化,因此能够有效地检测和解决这些泄漏问题,有朝一日可能有助于保护环境和改善空气质量。通过快速生成甲烷羽流的图像,科学家可以快速确定气体泄漏的位置。 这项技术不仅适用于检测温室气体,也适用于科学家需要识别和测量气体的任何情况。 两台激光器总比一台好 自由形式的双梳光谱学可能发音很难,但通过将其分解为几个无缝协作的部分,可以更容易地理解这项技术是如何工作的。 这种方法的核心在于诺贝尔奖获得者的光学频率梳,这是一种激光工具,可以以一系列等距、精确的频率产生光,类似于梳齿。这些频率梳用于各种目的,从精确计时到医学诊断,甚至是寻找难以捉摸的暗物质。 该技术的“双梳”方面是指使用两个光学频率梳协同工作。这种方法通过分析物质如何与两个梳子发出的光相互作用,实现了对物质的快速、精确测量。这种技术比单梳快得多,可以提供比许多传统光谱方法更详细的信息。 “自由形式”是指最近成为可能的高精度频率梳控制的灵活性。频率梳发射的光脉冲持续时间仅为100飞秒。在每一次短暂的光爆发中,都有一个电场,其振动速度极快,每秒数百万次。快速准确地控制这种快光的能力使研究人员能够改进和调整他们的测量方式。 双梳的下一个飞跃 随着世界努力应对环境挑战和改进安全措施的需要,这种创新的激光技术提供了一种有前景的新工具。通过更智能地检测气体和其他物质,它可以在未来几年在保护公众健康和环境方面发挥至关重要的作用。 研究人员计划继续在实验室中改进他们的系统,使其更快,并调整他们的方法以适应各种激光波长。 NIST研究员Esther Baumann表示:“我们系统的灵活性意味着它可以适应广泛的应用。”。“未来,我们可能会看到基于这项技术的更多功能和高效的传感器,从空气质量监测器到食品安全探测器,再到研究材料如何燃烧或无创评估肌肉健康。”