Przełomowy spektrometr

Naukowcy z CNRS Molecular Photophysics Institute (Laboratoire de Photophysique moléculaire, LPPM), oraz Max Planck Institute of Quantum Optics, skonstruowali nowy spektroskop będący w stanie w czasie rzeczywistym identyfikować minimalne ilości gazów śladowych.

Międzynarodowy zespół pod kierownictwem laureata nagrody Nobla, Theodora W. Hänscha, oraz Nathalie Picqué z LPPM, zaprojektował przyrząd oparty na dwu femtosekundowych laserowych grzebieniach częstotliwości. Dzięki jego przełomowej wydajności, spektrometr ma szanse stać się nowym punktem odniesienia dla ultraczułej spektroskopii. Jest to ogromny krok naprzód, zarówno dla samej nauki, jak i jej zastosowań.

W ostatnich latach, spektroskopia gazów śladowych budziła wielkie zainteresowanie. Dzięki swojej czułości, spektroskopia absorpcyjna może być wykorzystywana do identyfikowania związków o bardzo małym stężeniu. wykorzystywana jest ona, między innymi, w: metrologii, chemii fizycznej międzygwiezdnego medium, detekcji śladowych ilości substancji zanieczyszczających powietrze, czy monitorowania procesów przemysłowych. Jednakże, by spektrometr był efektywny, musi spełniać kilka warunków.

- Musi być w stanie eksplorować szeroki zakres długości fal w jednym pomiarze, dzięki czemu możliwe jest gromadzenie informacji o wielu poziomach energii równocześnie, albo mierzenie obecności kilku molekuł równocześnie.
- Musi cechować go dobra rozdzielczość pozwalająca precyzyjnie rozróżnić długości fal składające się na spektrum. Jest ona konieczna przy zwartym spektrum złożonych molekuł, oraz do jednoznacznego rozróżnienia pomiędzy różnymi molekułami obecnymi w badanym medium.
-Musi charakteryzować się krótkim czasem pomiaru tak, by być w stanie w czasie rzeczywistym obserwować zjawiska bardzo krótkotrwałe.
- Musi być wreszcie bardzo wrażliwy, by móc badać bardzo niskie stężenia związków chemicznych.

Jak dotąd, żadne urządzenie nie było w stanie sprostać tym czterem warunkom równocześnie. Po raz pierwszy udało się to osiągnąć spektrometrowi skonstruowanemu przez francusko-niemiecki zespół, dzięki bardzo dużej dobroci, oraz dwóm grzebieniom częstotliwości. Technika ta umożliwia rejestrowanie spektrum z dużą dokładnością, oraz z szybkością milion razy większą niż ma to miejsce w innych istniejących spektrometrach. Podczas demonstracji, spektrum amoniaku zostało zmierzone w zaledwie 18 mikrosekund. Uzyskano zatem dwudziestokrotnie większą dokładność w czasie stukrotnie krótszym. Dzięki takiej czułości, oraz możliwości pokrycia praktycznie całego spektrum elektromagnetycznego, metoda ta mogłaby być wykorzystywana do dynamicznego badania ‘molekularnych odcisków’, czego nie umożliwia dziś żadna efektywna technika spektroskopii.

(lk)