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May 10, 2023

Wissenschaftler schlagen einen neuartigen NO2-Sensor vor, der auf der Faraday-Rotationsspektroskopie mit statischem Magnetfeld basiert

30. Januar 2023 Dies

30. Januar 2023

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von Zhang Nannan, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Laut Forschern unter der Leitung von Prof. Gao Xiaoming vom Hefei Institutes of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) wurde ein Faraday-Rotationsspektroskopie (FRS)-Stickstoffdioxid (NO2)-Sensor mit geringer Leistung vorgeschlagen, der auf Ringarray-Permanentmagneten basiert zu einer in Analytical Chemistry veröffentlichten Studie.

FRS ermöglicht die Erkennung paramagnetischer Moleküle durch die Erkennung von Änderungen im Polarisationszustand von linear polarisiertem Licht, die durch ein gasförmiges Medium verursacht werden, das in ein externes longitudinales Magnetfeld eingetaucht ist. Es wird nicht durch diamagnetische Moleküle wie CO2 und H2O gestört und weist daher eine hohe Speziesspezifität auf. Darüber hinaus verfügt es über eine sehr hohe Nachweisempfindlichkeit aufgrund der Verwendung eines Paares nahezu gekreuzter Polarisatoren, die das Laserintensitätsrauschen stark unterdrücken.

Das aktuelle FRS-Signal wird hauptsächlich durch die Zeeman-Aufspaltung der Probenabsorptionslinien erzeugt, moduliert durch ein magnetisches Wechselfeld, das von einer Magnetspule erzeugt wird. Bei der Anregung des magnetooptischen Effekts leidet dieses sinusförmige elektromagnetische Feld jedoch unter einem hohen Stromverbrauch, der Erzeugung großer Mengen an Joule-Wärme, elektromagnetischen Störungen usw.

Um diese Probleme zu lösen, schlugen die Forscher einen FRS-Sensor für ein statisches Magnetfeld vor, der auf Seltenerd-Permanentmagneten basiert.

Gemäß den Magnetfeldverteilungseigenschaften von Neodym-Eisen-Bor-Permanentmagnetringen (NdFeB) kombinierten sie 14 identische NdFeb-Permanentmagnetringe in Form einer Nichtäquidistanz und erhielten ein statisches Magnetfeld mit einer durchschnittlichen Magnetfeldstärke von 346 Gauss auf einer Länge von 380 mm. Die Wechselwirkung zwischen linear polarisiertem Licht und der Probe wurde durch die koaxiale Anbringung der Herriott-Zelle an der Permanentmagnetanordnung erheblich verbessert.

Ein Q-Zweig-Spektralmerkmal im ν3-Grundband von NO2 bei 1.613,25 cm-1 wurde mit einem Quantenkaskadenlaser im mittleren Infrarot untersucht. Die NO2-Nachweisgrenze von 0,4 ppb wurde bei einer optischen Länge von 23,7 m erreicht.

„Wir gehen davon aus, dass daraus ein robustes, vor Ort einsetzbares Umweltüberwachungssystem entwickelt wird“, sagte Cao Yuan, Erstautor der Studie.

Mehr Informationen: Yuan Cao et al, NO2-Sensor basierend auf Faraday-Rotationsspektroskopie unter Verwendung von Ringarray-Permanentmagneten, Analytische Chemie (2023). DOI: 10.1021/acs.analchem.2c04821

Zeitschrifteninformationen:Analytische Chemie

Zur Verfügung gestellt von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften