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    太赫茲技術 環境監測領域新利器

    2020-12-23

      環境監測是環境治理和保護工作的基礎與關鍵。從上世紀工業的迅速發展導致嚴重的污染事件多次發生開始,環境監測技術就開始迅速發展。到目前為止,不僅在監測手段方面形成了理化分析技術、生物監測技術、“3S”監測技術、信息技術等多種技術共同組成的環境監測質量控制體系,在監測指標的多樣性、監測數據的精度與準確度等方面也有了長足進步。
      
      近日,分析儀器學會在線分析儀器專家組成員朱衛東教授,就這兩項技術在環境監測等領域的應用講解。
      
      高光譜技術對我們來說已經不算陌生。作為有著極高光譜分辨率且波段連續的遙測成像分析技術,高光譜技術集樣本圖像信息與光譜信息于一身,不僅可以反映樣本大小、形狀、缺陷等外部品質特征,還可以充分反映樣品內部的物理結構、化學成分的差異等信息·,已經成為機載、星載遙測技術的常用技術。
      
      在環境監測中,高光譜技術已經廣泛應用于大氣環境中污染氣體、溫室氣體監測,水環境中重點水污染源水華、水質、飲用水源地安全監測,生態環境的生物多樣性、植被類型監測、土壤污染等領域。而隨著無人機技術的發展,高光譜分析技術搭載無人機,在環境實時監測與無人監測方面有了更近一步的發展。
      
      與高光譜技術相比,太赫茲技術目前仍然處于發展階段,技術仍未成熟,還不能做到大范圍應用。因此太赫茲技術是目前檢測技術發展的重點方向之一。
      
      太赫茲(THz,1THz = 1012 Hz)波段是指頻率從100 GHz到10 THz ,相應的波長從3毫米到30微米,介于毫米波與紅外光之間頻譜范圍相當寬的電磁波譜區域。太赫茲波頻率高、脈沖短、穿透性強,且能量很小,對物質與人體的破壞較小,有著比X射線更廣闊的應用前景。
      
      太赫茲技術可以分為太赫茲光譜技術和太赫茲成像技術,太赫茲光譜技術又可分為太赫茲時域光譜技術和太赫茲頻域光譜技術。其中太赫茲時域光譜技術(THz-TDS)在探測和鑒別氣體方面有著獨特的優勢。太赫茲時域光譜技術的基本原理是利用飛秒脈沖產生并探測時間分辨的太赫茲電場,通過傅里葉變換獲得被測物體的光譜信息,可以同時測定混合氣體中不同成分的吸收、化學成分和濃度。通過對比太赫茲波通過氣體樣品前后的頻譜,就可以得到氣體的特征譜線,進而監測和鑒別氣體,對目前的中紅外光譜分析技術是一個很好的補充。
      
      太赫茲光譜技術具有對部分痕量極性分子敏感的特點。環境空氣氣態污染物的主要成分就是SO2和NOX等一些極性氣體,利用這一特性,太赫茲光譜技術可以有效監測這些污染物,在氣體監測方面有著很大的應用前景和發展空間。
      
      對太赫茲波段的光譜研究才剛剛起步,目前仍處于一個高速發展的時期??梢灶A見太赫茲時域光譜技術將成為環境監測的重要手段之一,小型化、便攜式、高分辨率的實時太赫茲時域光譜檢測系統將會是發展趨勢。
      
      [文章鏈接:儀表網 https://www.ybzhan.cn/news/detail/88026.html]

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