Låga halter av farliga gaser spåras med förbättrad laserteknik
Det kan vara svårt att upptäcka gaser som är skadliga för vår hälsa och miljö. Existerande tekniker klarar inte alltid av att mäta tillräcklig låga halter. Aleksandra Foltynowicz, Umeå universitet, har i sitt avhandlingsarbete vidareutvecklat en mycket känslig men också komplicerad laserbaserad teknik, som vida överträffar de konventionella teknikerna.
– Vi har gjort pilotstudier på acetylelen och koldioxid och det har visats att det är möjligt att detektera acetylen ned till tryck som motsvarar några få biljondelars, det vill säga miljondelars miljondelar, av det tryck som finns i atmosfären, säger Aleksandra Foltynowicz.
För att mäta gaskoncentration utan att behöva beröra själva gasen används i dag ofta en väletablerad laserbaserad teknik som kallas absorptionsspektrometri. I sitt enklaste utförande har den en begränsad känslighet och kan bara detektera halter ned till delar av procent.
– Men detta är långt ifrån tillräckligt för de flesta tillämpningar, särskild för att detektera hälsovådliga och miljömässigt skadliga gaser, eller gaser som är farliga på annat sätt, till exempel giftiga eller explosiva gaser, berättar Aleksandra Foltynowicz.
För att nå lägre gaskoncentrationer har tekniken därför vidareutvecklats längs två olika principer, antingen genom att minska mängden brus i systemet, eller genom att öka interaktionslängden så att ljuset går fram och tillbaka mellan två speglar många gånger. Det har resulterat i metoder med högre känslighet, vilka dock ändå inte alltid är tillräckliga.
Den känsligaste absorptionteknik som hittills sett dagens ljus kallas NICE-OHMS. Denna teknik kombinerar de två ovannämnda principerna och har visat sig kunna detektera anmärkningsvärt låga halter. Den ger också bättre möjligheter att särskilja olika ämnen vid mätningarna. Trots allt detta har tekniken hittills inte används till praktisk spårgasdetektion, huvudsakligen på grund av sin tekniska komplexitet.
Aleksandra Foltynowicz har, i samarbete med kollegor, lyckats utveckla en enklare och mer robust konstruktion av NICE-OHMS, utan att göra avkall på den höga känsligheten. Instrumenteringen är baserad på en fiberlaser och diverse andra fiberkopplade komponenter.
Hon har även vidareutvecklat den teoretiska beskrivningen av NICE-OHMS. Bland annat har hon visat hur gaskoncentration kan bestämmas från olika typer av signaler och hur signalernas styrka och linjeform beror på gastrycket, ljusets intensitet och många andra experimentella parametrar. Aleksandra Foltynowicz har också visat att ett internationellt vedertaget uttryck för dispersion (fasförskjutning) vid optisk mättnad är felaktigt och experimentellt verifierat ett nytt uttryck för detta.
Fredagen den 29 maj försvarar Aleksandra Foltynowicz, Institutionen för fysik, Umeå universitet, sin avhandling med titeln Fiber-laser-based Noise-Immune Cavity-Enhanced Optical Heterodyne Molecular Spectrometry (svensk titel: Fiberlaser-baserad NICE-OHMS).
Disputationen äger rum kl. 9:15 i sal N430, Naturvetarhuset.
Fakultetsopponent är professor Weidong Chen, Laboratoire de Physicochimie de l’Atmosphère, Université du Littoral Côte d’Opale, Dunkerque, Frankrike.
Kontaktinformation
För ytterligare information, kontakta gärna:
Aleksandra Foltynowicz
Telefon: 070-9307860
E-post: aleksandra.foltynowicz@physics.umu.se
