في مجال البحوث العلمية الحديثة ، والرصد البيئي ، ومراقبة العملية الصناعية ، والطب الحيوي التشخيص ، والأمن الوطني ، وما إلى ذلك ، فإن الطلب على تحليل سريع ودقيق تماس على الرغم من أن التقنيات الطيفية التقليدية قد استخدمت على نطاق واسع ، فإنها تواجه اختناقات في الحساسية ، القرار والانتقائية . مع التطور الثوري في تكنولوجيا التحليل الطيفي ، مطياف الليزر ، مع مزايا فريدة من نوعها مثل سطوع عالية ، ضيقة linewidth عالية الاتجاهية و الانضباطي ، أصبحت التكنولوجيا الأساسية أداة قياس الدقة الحديثة في الميدان ، وفتح حقبة جديدة من حساسية عالية وعالية الانتقائية في الكشف عن المواد .

المبادئ الأساسية والخصائص التقنية

مطياف الليزر هو أداة تستخدم الليزر كمصدر ضوء الإثارة ، بعد التفاعل مع المسألة ، من خلال الكشف عن الإشارات الضوئية مثل امتصاص الانبعاثات ، نثر أو مضان ، وتحليل مستوى الطاقة هيكل ، جزيء الاهتزاز ، التركيب الكيميائي و الحالة المادية من المسألة . جوهر هذا الأسلوب هو " ليزر + الطيف " ، الذي يجمع بين خصائص ممتازة من الليزر مع القدرة على التحليل الطيفي .

بالمقارنة مع التقليدية ذات النطاق العريض مصدر الضوء ( مثل التنغستن مصباح ، مصباح الديوتيريوم ) ، ليزر لديها مزايا واضحة على النحو التالي :

- عالية أحادية اللون : خطوط طيفية ضيقة للغاية ( تصل إلى ميغاهيرتز أو حتى كيلو هرتز ) ، ويمكن أن تتطابق بدقة مع مستويات الطاقة الانتقالية ذرة معينة أو جزيء ، وزيادة كبيرة في الانتقائية .

- سطوع عالية والتوجيه : تركيز الطاقة التي تمكن من الكشف عن عينات من مسافات طويلة ، والمناطق الصغيرة أو تركيزات منخفضة .

- الانضباطي : من خلال تنظيم درجة الحرارة ، التيار الكهربائي ، أو تجويف الخارجية ، الطول الموجي يمكن تعديلها باستمرار ، وتغطي خطوط امتصاص محددة ، ومناسبة للكشف عن الغازات النزرة .

- التماسك مع نبضات Ultrashort : دعم الأطياف غير الخطية ، time-resolved القياسات والدراسات الحركية فائق السرعة .

ثانياً - الأنواع الرئيسية وأساليب العمل

وفقا لآلية التفاعل بين الليزر و المسألة ، مطياف الليزر يمكن تقسيمها إلى أنواع مختلفة ، مع خصائص مختلفة :

1 . الليزر طيف الامتصاص ( لاس ) و الانضباطي الصمام الثنائي ليزر طيف الامتصاص ( tdlas ) .

خاصية امتصاص خطوط الجزيئات المستهدفة تم مسحها بواسطة الليزر الطول الموجي . tdlas التكنولوجيا المستخدمة على نطاق واسع في انبعاثات غازات المداخن NOx）、 العملية الصناعية الغازات ( س ، الفصل ) والغلاف الجوي والرصد البيئي ، والكشف عن حدود تصل إلى جزء في البليون ( البليون ) الصف .

الليزر المستحثة مضان الطيفي ، ليف

الليزر متحمس ذرة أو جزيء الطاقة العالية للدولة ، عندما عاد إلى أرض الدولة تنبعث مضان ، مضان كثافة الطول الموجي للكشف عن التحليل النوعي والكمي . ليف حساسية ، وتستخدم على نطاق واسع في تشخيص الاحتراق ، الكشف عن الجذور الحرة ، العلامات البيولوجية وتحليل خلية واحدة التصوير .

3 - أطياف رامان

البصمة الجزيئية الأطياف التي تم الحصول عليها على أساس غير مرن نثر تأثير الليزر الجزيئية الاهتزاز / التناوب على مستوى الطاقة . ليزر متحد البؤر رامان المجهر ( clsm ) يمكن استخدامها على نطاق واسع في علم المواد ، تحليل المخدرات ، الاثار الثقافية وتحديد الطب الشرعي .

4 - الانهيار المستحث بالليزر الطيفي ( ليبس )

عالية الطاقة ليزر نابض تركز على سطح العينة ، وتنتج درجة حرارة عالية البلازما ، من خلال تحليل الطيف الذري / الأيونية المنبعثة من البلازما ، عنصر الكشف السريع يتحقق . libs يمكن استخدامها في الموقع ، على الخط تحليل المواد الصلبة والسائلة والغاز دون عينة المعالجة ، ويمكن استخدامها في المعادن ، والجيولوجيا ، والصناعة النووية ، واستكشاف الفضاء ( مثل مركبة المريخ chemcam ) .

5 . تجويف تعزيز الطيف ( على سبيل المثال ، CEAS ، OF-CEAS ) و رنين تجويف أسفل الطيف ( CRDS )

الليزر هو حقنها في تجويف بصري مع انعكاسية عالية ، مما يجعل مسار بصري يصل إلى عدة كيلومترات ، وتعزيز امتصاص إشارة إلى حد كبير . CRDS يحسب معامل الامتصاص من خلال قياس الوقت من الليزر في تجويف توهين ، والحساسية يمكن أن تصل إلى جزء لكل تريليون ( تريليون ) من النظام .

ثالثاً - المزايا التقنية ومجالات التطبيق

1 . حساسية عالية جدا والكشف عن الحد

اختراع يمكن الكشف عن أثر الملوثات ، النظائر النادرة أو انخفاض تركيز الجزيئات البيولوجية ، وتلبية متطلبات صارمة في مجال البيئة والصحة .

2 . انتقائية عالية وقوية القدرة المضادة للتشويش

الليزر الطول الموجي يمكن أن تتطابق تماما مع الهدف ميزة الخط الطيفي ، وتجنب التدخل الخلفية على نحو فعال .

3 . عدم الاتصال ، واختبار غير تدميري

فائدة نموذج مناسبة لأنّ القياس عن بعد من الاثار الثقافية الثمينة ، الأنسجة الحية ، وارتفاع في درجة الحرارة أو البيئة الخطرة .

4 . في الوقت الحقيقي رصد على الانترنت

فائدة نموذج يمكن أن تكون متكاملة في خط أنابيب الصناعية أو محطة الرصد البيئي ، ويمكن تحقيق مستمر و التحليل الآلي .

5 - الاتجاهات المتعددة الوظائف والصغرى

من المعدات على نطاق واسع في المختبرات المحمولة ، المحمولة ، وحتى على مستوى رقاقة الطيف ، وتوسيع نطاق تطبيق الحدود .

وتشمل التطبيقات النموذجية :

- الرصد البيئي : الكشف عن ملوثات الهواء وغازات الدفيئة والمعادن الثقيلة في نوعية المياه .

- مراقبة العمليات الصناعية : رصد تكوين الغاز في صناعة البتروكيماويات والصلب وأشباه الموصلات .

- الطب الحيوي : تحليل الزفير ( مثل الأسيتون ، وأكسيد النتريك ) ، واختبار الدم ، والكشف المبكر عن السرطان .

- السلامة العامة : التعرف السريع على المتفجرات وعوامل الحرب الكيميائية .

- حدود البحث العلمي : الفيزياء الذرية الباردة ، وأجهزة الاستشعار الكم ، والتحليل الكيميائي الفلكي .

مطياف الليزر ليس فقط " العين " من الاستكشاف العلمي ، ولكن أيضا " الحارس " لحماية البيئة ، وحماية الصحة ، وتعزيز تطوير الصناعة . مع استمرار اختراق تكنولوجيا الليزر الفوتون التكامل ، مطياف الليزر سوف تلعب دورا أكثر وأكثر أهمية في دقة العلاج الطبي ، مدينة ذكية ، ورصد الكربون وغيرها من الاحتياجات الاستراتيجية الوطنية ، تضيء العالم المادي الصغير سر .