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分子测量的巨大飞跃

  • 科学
  • 2020-09-02 07:45:11
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光谱学是科学和工业许多领域中重要的观察工具。红外光谱在化学领域中尤其重要,因为在化学领域中,它用于分析和识别分子。当前的最新方法可以每秒进行约一百万次观察。UTokyo的研究人员以一种新方法大大超过了这个数字,速度提高了约100倍。

从气候科学到安全系统,从制造到食品的质量控制,红外光谱已在许多学术和工业领域中使用,它已成为日常生活中无处不在的一部分,尽管它是无形的。本质上,红外光谱是一种以高准确度识别物质样品中存在哪些分子的方法。基本概念已经存在了数十年,并且一直在进行改进。

通常,红外光谱法通过测量样品分子中透射或反射的红外光来工作。样品的固有振动以非常特定的方式改变了光的特性,本质上提供了化学指纹或光谱,由检测器和分析仪电路或计算机读取。五十年前,最好的工具可以每秒测量一个光谱,对于许多应用来说,这已经足够了。

最近,一种称为双梳光谱的技术实现了每秒100万个光谱的测量速率。但是,在许多情况下,需要更快速的观察才能生成细粒度的数据。例如,一些研究人员希望探索在很短的时间内发生的某些化学反应的阶段。这项工作促使东京大学光子科学技术研究所的Ideguchi副教授及其团队研究并创建了迄今为止最快的红外光谱系统。

Ideguchi说:“我们开发了世界上最快的红外光谱仪,其每秒运行8000万个光谱。” “这种方法,时间拉伸红外光谱法,比双梳子光谱法快100倍,后者由于灵敏度问题已经达到了速度上限。” 考虑到一年中大约有3000万秒,这种新方法可以在一秒钟内达到50年前要花费两年的时间。

时间拉伸红外光谱仪通过拉伸从样品传输的非常短的激光脉冲来工作。随着发射脉冲的延长,检测器和随附的电子电路更容易进行准确的分析。论文的作者之一,滨松光电公司的Tatsuo Dougakiuchi开发了一种称为量子级联检测器的关键高速组件。

井口说:“自然科学是建立在实验观察的基础上的。因此,新的测量技术可以开拓新的科学领域。” “许多领域的研究人员可以基于我们在这里所做的工作,并利用我们的工作来增强自己的理解力和观察力。”

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