近日,中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所張志榮研究員團(tuán)隊在基于新型空芯光波導(dǎo)激光吸收光譜氣體穩(wěn)定同位素測量研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以《用于氣體同位素比值測量的新型中紅外增強型空芯光波導(dǎo)的設(shè)計與性能分析》為題發(fā)表在國際TOP期刊Analytical Chemistry上。
近年來,空芯光波導(dǎo)(Hollow Waveguide,HWG)作為一種新型的氣體吸收池,具有光程體積比大、光路布置靈活穩(wěn)定、成本較低等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于光譜測量領(lǐng)域,在多個方面相較于傳統(tǒng)多次反射型光程池具有明顯優(yōu)勢。但是常規(guī)空芯光波導(dǎo)一般采用直通單路式測量,其光程取決于所使用的空芯光波導(dǎo)長度,極大的限制了其靈敏度和檢測極限的提升。
本研究借鑒積分腔、腔衰蕩的高反射鏡光程提升設(shè)計思想,實現(xiàn)了基于高反射率鏡片的增強型空芯光波導(dǎo)(EHWG)的新型氣體吸收池部件,有效提高了光波導(dǎo)的光程利用率,極大的提高了光程體積比。同時,以幽門螺桿菌感染的“金標(biāo)準(zhǔn)” 13C-尿素呼氣試驗(13C-UBT)為依據(jù),測量了呼氣成分中的CO2三種穩(wěn)定同位素比值。結(jié)果表明:EHWG傳感器對于三種同位素的測量精度(δ13C~0.36‰,δ18O~0.46‰,δ17O~0.88‰)優(yōu)于前期的研究工作。此外,通過將EHWG傳感器真實呼氣測量結(jié)果與醫(yī)院體檢中13C-UBT的結(jié)果相驗證,證明了該傳感器具有安全性、非侵入性以及快速方便等優(yōu)勢,為下一步的臨床測試奠定了基礎(chǔ)。同時,EHWG在制造小型化、廣譜和輕量化氣體傳感器方面具有巨大潛力,有望成為微量樣本氣體測量的首選。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生黃文彪與夏滑副研究員為共同第一作者,張志榮研究員為論文通訊作者。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、安徽省杰青項目、安徽省重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院“火花”基金等項目支持。
論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c06763
圖1:增強型空芯光波導(dǎo)氣體同位素傳感器示意圖
圖2:EHWG傳感器R13C、R18O和R17O的測量精度
新聞鏈接:https://hf.cas.cn/kxyj/kyjz/202503/t20250306_7549422.html