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中科院安光所在靜態(tài)磁場法拉第旋轉(zhuǎn)光譜研究中取得突破
2023年01月17日 09:40:14
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點(diǎn)擊量：4353
中科院合肥研究院安光所研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種基于稀土永磁體的靜態(tài)磁場法拉第旋轉(zhuǎn)光譜傳感裝置，解決了法拉第旋轉(zhuǎn)光譜的高功耗問題，有望在環(huán)境監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近日，中科院合肥研究院安光所研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種基于稀土永磁體的靜態(tài)磁場法拉第旋轉(zhuǎn)光譜傳感裝置，解決了法拉第旋轉(zhuǎn)光譜的高功耗等問題。相關(guān)研究成果以《基于環(huán)形陣列永磁體的法拉第旋轉(zhuǎn)光譜NO2傳感器》為題發(fā)表在國際TOP期刊Analytical Chemistry上。
法拉第磁旋轉(zhuǎn)光譜利用的是分子吸收線在磁場的作用下產(chǎn)生塞曼分裂而引起的磁致雙折射效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對基態(tài)或上電子態(tài)具有磁偶極矩的順磁性分子的高靈敏度檢測。具有靈敏度高、零背景和不受水汽、二氧化碳等非順磁性分子干擾等優(yōu)點(diǎn)。因此非常適合高靈敏度、高選擇性探測大氣順磁性分子，如二氧化氮(NO2)、一氧化氮(NO)和OH自由基等。
在由螺線管線圈產(chǎn)生的交流磁場調(diào)制樣品吸收線的過程中，正弦電磁場激發(fā)磁光效應(yīng)存在高功耗、電磁干擾、產(chǎn)生大量焦耳熱等缺陷，在一定程度上阻礙了法拉第磁旋轉(zhuǎn)光譜的應(yīng)用推廣。針對這一問題，研究團(tuán)隊(duì)提出利用基于稀土永磁體產(chǎn)生靜態(tài)磁場的解決方案。
研究人員將十四個(gè)完全相同的環(huán)形釹鐵硼(NdFeB)永磁體按照非等間距的形式同軸組合，從而在380 毫米長度范圍內(nèi)產(chǎn)生了一個(gè)平均磁場強(qiáng)度為346 高斯的外部縱向靜態(tài)磁場。通過將赫里奧特(Herriott)池與非等間距永磁體陣列同軸配合，極大地增強(qiáng)了線偏振光與樣品之間的相互作用。在實(shí)驗(yàn)中，研究人員以NO2為檢測對象，在23.7米的光程范圍實(shí)現(xiàn)了0.4 ppb的檢測極限。
利用法拉第旋轉(zhuǎn)光譜排除大氣其它抗磁性分子(如水和二氧化碳等)的吸收干擾，實(shí)現(xiàn)NO2等大氣污染物的檢測是很多年前就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)2008年北京奧運(yùn)會(huì)就應(yīng)用了法拉第磁旋轉(zhuǎn)光譜技術(shù)高靈敏度探測一氧化氮。然而法拉第旋轉(zhuǎn)光譜的高功耗問題一直限制了其在環(huán)境現(xiàn)場監(jiān)測中的應(yīng)用。該項(xiàng)研究成果提出了一種低功耗的FRS二氧化氮傳感器，有望在環(huán)境監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。
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