环境与能源

光纤设备可以实时检测微量污染物

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-11-29 10:39

德国的研究人员开发了一种基于激光和光纤的新颖技术,用于测量微米级的空气传播污染物。他们说,他们的方法有可能提供这种超细颗粒物的实时,原位测量和识别,这些超细颗粒物可以深入到肺部,引起严重的健康问题(Optics Express 10.1364 / OE.27.034496)。 暴露于小于2.5 m的空气传播污染物(称为PM 2.5)的暴露

  德国的研究人员开发了一种基于激光和光纤的新颖技术,用于测量微米级的空气传播污染物。他们说,他们的方法有可能提供这种超细颗粒物的实时,原位测量和识别,这些超细颗粒物可以深入到肺部,引起严重的健康问题(Optics Express 10.1364 / OE.27.034496)。

光纤设备可以实时检测微量污染物

  暴露于小于2.5 µm的空气传播污染物(称为PM 2.5)的暴露与心血管疾病,呼吸道疾病以及癌症有关。根据世界卫生组织的统计,这些微粒(比人的头发直径小30倍左右)每年导致约420万人过早死亡。

  马克斯·普朗克光科学研究所的Shangran Xie告诉《物理世界》,有很多技术可以测量空气中的污染物,但是它们都有缺点,而且大多数都不能很好地监测非常小的颗粒。他补充说,大多数选择都涉及采样空气,然后将其带回实验室进行分析。

  Xie和他的同事开发并研究了中空光子晶体光纤的应用,例如波长转换和光机械。他们想知道这种光纤技术中的某些技术是否可以用于污染监测。

  “我们在环境监控领域并没有真正开展工作,但是我们突然发现,与我们合作的空心光纤非常理想,因为您可以使用便宜的激光器将其光聚焦到空心光纤上。然后,通过光力,任何徘徊的粒子都会被激光束缚并被推入空心。” 马克斯·普朗克光科学研究所所长Philip Russell解释说。

  当激光和由于其微小尺寸而被激光束缚的粒子穿过中空光子晶体光纤时,一些光被散射了。通过测量透射光的变化以及颗粒穿过光纤所需的时间,研究人员能够提取有关颗粒的有用信息,例如颗粒的大小和折射率。从这些数据中,他们可以识别它们。

  罗素(Russell)解释说,我们知道空气中存在的大多数污染物是什么,我们知道它们的折光率,因此从此信息中识别单个颗粒并不难。

  研究人员使用一系列聚苯乙烯和二氧化硅颗粒对该技术进行了测试,发现该设备可以成功地识别和测量不同的颗粒,包括直径为0.99 µm的二氧化硅颗粒。

  由于其工作方式,Russell声称该设备应该非常坚固。他解释说,颗粒被推到纤维的另一端,因此不会因卡住而引起任何问题。他补充说:“该系统原则上应该永远运行。” “当然,在实际测试空气之前,您必须过滤掉大颗粒,因为它们会使系统混乱。”

  谢说,尽管他们已经测试了二氧化硅和聚苯乙烯以外的材料,但研究人员仍需要对不透明的颗粒和污染物的实际例子进行更多的研究。该团队已为此技术申请了专利,并计划开发一个用于在实验室外监控空气污染的原型。

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