新型紫外双梳光谱仪测量范围可达2.5公里 半秒内测出

来自格拉茨技术大学实验物理研究所的Schultze-Bernhardt团队成功研发出一款新型紫外双梳状光谱仪，能够以无与伦比的精度和灵敏度检测气态空气污染物。该设备利用紫外双激光，可在半秒内测出甲醛等有害气体的浓度。凭借紧凑的设计和高达2.5公里的测量范围，这款光谱仪不仅适用于实验室分析，还可用于城市、工业区和农业区域的移动测量。该研究成果发表在《PhotoniX》期刊上。

污染物的指纹图谱

测量的起点在于，该设备可在几分之一秒内产生紫外光谱范围内的两个激光脉冲。当这种紫外光撞击气体分子时，会激发其电子并使其旋转和振动——物理学家将此现象称为电子-振动-转动跃迁。

这些跃迁因每种气态物质而异，并以独特的方式吸收部分激光。Schultze-Bernhardt说道："因此，每种空气污染物都有其独特的指纹，而我们的紫外双梳状光谱仪能够识别这一指纹。"

Schultze-Bernhardt和她的团队在两年多前开发了第一代光谱仪。当时，这是全球首台此类设备，但测量需要使用大型实验室装置。而新一代光谱仪已缩小到一个纸板搬运箱的尺寸。其中一个原因是，现在由一个激光源取代两个激光源产生双激光脉冲。

Schultze-Bernhardt解释道："这也使我们能够省去系统中复杂的电子稳定装置。"

1GHz的分辨率

这款新型光谱仪能以1 GHz的分辨率检测紫外光频率，因而显著超越了所有传统紫外光谱仪。这使研究人员对空气污染物甲醛的紫外光吸收特性获得了全新的基础性认识。

Schultze-Bernhardt说道："我们测量到了此前从未在实验中观测到的甲醛吸收图谱，因为以往任何设备的分辨率都过于不精确。"。

修正57年前的转动常数

格拉茨的测量结果表明，自20世纪60年代以来就收录于物理数据库和教科书中的甲醛转动常数存在错误。

Schultze-Bernhardt说道："我们与美国哈佛-史密森天体物理中心原子与分子物理研究部门合作，将这一基本分子特异性参数的值修正了高达15%。"

与格拉茨技术大学有机化学研究所罗尔夫·布赖恩鲍尔的合作也推动了这一基础研究的进展，布赖恩鲍尔通过两步法工艺为研究提供了高纯度甲醛。

在环境保护中的实际应用

除了基础研究，这款光谱仪有望使城市和工业区的空气污染物及气体泄漏检测更加精准、便捷。

Schultze-Bernhardt说道："原则上，我们的设备可以精确检测任何半透明的气态物质。目前，我们正致力于通过单次测量确定多种污染物的浓度。"

这位物理学家目前还在研发一款可供非专业人员使用的紫外光谱仪，用于监测空气质量，例如供企业或环保部门使用。

相关内容：https://dx.doi.org/10.1186/s43074-026-00250-6