化工仪器网手机版
移动端访问更便捷
新型光学技术提升痕量气体检测灵敏度
2026年01月29日 14:53:02
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：4943
近期，研究人员通过优化抛物面镜光腔结构，提升了痕量气体的拉曼光谱检测灵敏度。该系统结合高效光学收集与先进算法，有效抑制噪声，使信号强度与信噪比较传统方法显著提升，气体腔体积缩小约2.7倍，为多组分痕量气体实时检测提供了有前景的技术方案。
近日，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所方勇华研究员团队在腔增强拉曼光谱气体检测技术领域取得进展。研究团队提出并完善了一种名为“优化抛物面镜腔增强拉曼光谱(O-PMCERS)”的技术，通过光学结构优化与新型算法相结合，提升对痕量气体的检测灵敏度。相关研究成果发表于光学领域期刊《Optics & Laser Technology》。
痕量气体的准确、实时检测在环境监测、工业过程控制、医疗诊断及公共安全等领域具有重要意义。拉曼光谱技术因其能够同时检测多种气体组分、无需复杂样品前处理，并能探测如氢气、氮气等同核双原子分子，而显示出独特优势。然而，由于拉曼散射截面极小，信号强度微弱，其在实际痕量检测中的应用长期受到限制。
为了克服这一瓶颈，研究团队聚焦于增强激光与气体的相互作用效率及信号收集能力。团队在前期开发的抛物面镜腔增强拉曼光谱（PMCERS）系统基础上，进行了深度优化。研究通过分析拉曼散射光在近共心腔中心汇聚点的三维空间角分布，调整了光学配置，使高信号强度区域与抛物面镜收集区域最大化重合。同时，依据推导出的光学设计准则(D=4p)，优化了抛物面镜的几何参数与光路，构建了高效的光学收集回路。
据研究论文介绍，该优化设计消除了信号收集盲区，并有效抑制了腔内瑞利散射等杂散光噪声。实验结果表明，与使用传统透镜收集的近共心腔系统相比，O-PMCERS系统的信号强度提升了约7.6倍，信噪比提升了约11.4倍。相较于优化前的PMCERS系统，其信号强度和信噪比也分别提升了约28%和2倍。此外，优化后的气体腔体积约为22毫升，较之前系统缩小了约2.7倍。
在数据处理方面，针对高背景噪声下微弱信号提取的挑战，团队采用了连续小波变换(CWT)与基于Voigt线型的非线性最小二乘(NLS)拟合相结合的光谱处理算法。该算法有助于从强噪声中识别和提取目标气体的特征拉曼峰。实验演示表明，该系统能够在20秒的积分时间内，可靠检测出常压环境下浓度为50 ppm(百万分之五十)的氢气。
论文指出，该研究通过硬件光路与软件算法的协同优化，为高灵敏度痕量气体检测提供了一种具有潜力的技术平台。该技术的进一步发展和应用，可能为需要实时、在线、多组分气体监测的多种场景提供新的解决方案。
素材来源：Optics & Laser Technology
下一篇
相关阅读 Related Reading
查看更多+-
近日，西北民族大学就“西北民族大学低碳化工技术及应用研究平台设备更新项目”发布公开招标公告，预算金额为3805万元。2026-04-21 10:33:04
-
合肥工业大学发布多项仪器采购意向，预算总金额29664.6万元。2026-04-21 10:15:00
-
突破发酵“黑箱”！过程拉曼组技术实现工业单细胞代谢实时精准监测
中科院青岛能源所联合多单位开发过程拉曼组技术，将传统检测周期从两天压缩至分钟级，实现单细胞精度代谢监控，为智能生物制造提供全新核心...2026-04-20 13:45:59 -
近日，云南农业大学就“云南农业大学重大教学科研仪器设备更新项目(资环学院01包)2026-11号”发布公开招标公告，预算金额为39...2026-04-20 13:36:45
-
总预算1800万 沈阳农业大学采购食品结构解析与分子互作科研仪器
沈阳农业大学食品学院启动食品结构解析分子互作（等）设备采购项目，总预算1800 万元，面向社会公开招标。2026-04-20 11:42:30 -
流速优化破局！液膜射流LIBS技术实现涉核液体痕量锂高灵敏检测
中国原子能科学研究院团队基于液膜射流激光诱导击穿光谱（LIBS）技术，通过优化射流流速攻克液体检测信号弱、稳定性差难题，痕量锂检出...2026-04-17 11:55:12
版权与免责声明
- ①凡本网注明“来源：化工仪器网”的所有作品，均为浙江兴旺宝明通网络有限公司-化工仪器网合法拥有版权或有权使用的作品，未经本网授权不得转载、摘编或利用其他方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的，应在授权范围内使用，并注明“来源：化工仪器网”。违反上述声明者，本网将追究其相关法律责任。
- ②本网转载并注明自其他来源（非化工仪器网）的作品，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责，不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时，必须保留本网注明的作品第一来源，并自负版权等法律责任。
- ③如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起一周内与本网联系，否则视为放弃相关权利。
