Китайские ученые разработали революционный миниатюрный оптоволоконный фотоакустический спектрометр, способный обнаруживать следовые концентрации газов на уровне частей на миллиард. Устройство демонстрирует впечатляющие результаты при анализе образцов нанолитрового масштаба с временем отклика в миллисекунды, что делает его особенно подходящим для непрерывного внутрисосудистого газового анализа, сообщает журнал Advanced Photonics.
Традиционные лабораторные спектрометры, использующие громоздкие компоненты, такие как источники света, зеркала и детекторы, оказались непрактичными для использования в ограниченных пространствах. Новый спектрометр решает эту проблему, интегрируя лазерно-структурированную эластичную мембрану в единый наконечник оптического волокна с секцией кварцевого капилляра для построения микромасштабной полости Фабри-Перо.
Несмотря на компактные размеры – длина полости составляет всего 60 микрометров, а диаметр 125 микрометров – система достигает предела обнаружения ацетилена всего 9 частей на миллиард, что сопоставимо с возможностями традиционных лабораторных спектрометров. Короткая длина полости также обеспечивает сверхбыстрые измерения с временем отклика до 18 миллисекунд.
Исследователи успешно провели мониторинг концентрации углекислого газа в потоке газа, обнаружили ферментацию в дрожжевых растворах с объемами образцов всего 100 нанолитров и отследили уровни растворенного CO2 в кровеносных сосудах крыс в естественных условиях. Спектрометр эффективно измерял уровни CO2 в условиях гипоксии и гиперкапнии.
Система может быть легко подключена к недорогому лазерному источнику с распределенной обратной связью и интегрирована с существующими оптоволоконными сетями, что делает ее экономически эффективным и гибким решением для спектроскопии. Благодаря малым размерам, высокой чувствительности и низким требованиям к объему образца, миниатюрный спектрометр обеспечивает лабораторную точность в формате микрозонда.
