Fysiker mäter ytterst låga gaskoncentrationer
Det krävs en otrolig noggrannhet för att t.ex. mäta hur koncentration av växthusgaser förändras över tid. Florian Schmidt, Umeå universitet, har i sitt avhandlingsarbete byggt ett väldigt känsligt instrument baserat på en metod som idag bara använts i laboratoriemiljö. Nu har metoden tagit ett steg närmare praktisk användbarhet.
Ultrakänsliga mätmetoder behövs bl.a. inom jord- och skogsbruk, kemisk industri och inom sjukvård. Genom att t.ex. mäta mängden etan i vår utandningsluft går det att få information om lungcancer och mängden ammoniak är sammankopplad med lever- och njursjukdomar.
Om och hur mycket av ett visst ämne som befinner sig i en gas, t.ex. i luften, bestäms idag ofta genom att mäta hur mycket av en laserstråles intensitet som absorberas när den passerar gasen. Laserstrålen absorberas när ljusets färg/våglängd exakt motsvarar en övergång mellan två energinivåer hos det ämne som ska detekteras. För att bara ett visst utvalt ämne ska absorberas behövs en ljuskälla med väldefinerad våglängd, en egenskap man hittar just hos lasrar. Laserbaserad absorptions-spektroskopi (AS) är därför en kraftfull teknik för såväl kvalitativa som kvantitativa studier av atomer och molekyler.
Ett flertal ämnen kan detekteras tillräckligt väl genom etablerade AS-tekniker, men vid vissa tillfällen krävs högre känslighet, selektivitet och noggrannhet, ofta i kombination med kompakt och robust instrumentering. För att möta dessa krav har AS-tekniken vidareutvecklats under årens lopp och den teknik som hittills uppvisat största känslighet går under namnet NICE-OHMS. Denna teknik har utvecklats under 1990-talet av Nobelprisvinnaren i fysik 2005, John L. Hall. Tekniken har dock ännu inte använts för praktisk spårämnesdetektion, huvudsakligen p.g.a. sin komplexitet.
Florian Schmidt har nu tillsammans med sina kollegor byggt en första NICE-OHMS-spektrometer baserad på en fiberlaser, något som gör den relativt kompakt och enkel att använda. Samtidigt är den känslig och anpassad för spårämnesdetektion. Detta har också lett till att teorin för formen av de signaler man kan förväntar sig att detektera med NICE-OHMS har blivit vidareutvecklade. Spektrometerns känslighet har hittills demonstrerats på mätningar av acetylen ner till hundra miljarddelar av lufttrycket, vilket motsvarar en minskning av laserstrålens intensitet med en miljarddel. NASA och JetPropulsion Laboratory bygger just nu, helt oberoende, ett liknande system i USA och tanken är att det ska skickas till Titan, Saturnus största måne, för mätningar.
I sitt arbete har Florian Schmidt även vidareutvecklat etablerade AS-metoder och väckt nytt liv i en teknik, som bygger på liknande instrumentering som NICE-OHMS, men som inte kräver lika mycket kalibrering.
Florian Schmidt kommer ursprungligen från Österrike.
Fredagen den 23 november försvarar Florian Schmidt, Institutionen för fysik, Umeå Universitet, sin avhandling med titeln Laser-based Absorption Spectrometry – Development of NICE-OHMS Towards Ultra-sensitive Trace Species Detection.
Svensk titel: Laserbaserad absorptionsspektrometri – Utveckling av NICE-OHMS mot ultrakänslig spårämnesdetektion.
Disputationen äger rum kl. 13.15, i sal N430, Naturvetarhuset.
Fakultetsopponent är professor Livio Gianfrani, Second University of Naples, Caserta, Italy.
Kontaktinformation
För ytterligare information, kontakta gärna:
Florian Schmidt:
Telefon: 090-786 67 75
E-post: florian.schmidt@physics.umu.se
