由馬克斯·普朗克光科學(xué)研究所和弗里德里希-亞歷山大大學(xué)（都位于德國(guó)埃爾蘭根）的研究人員開發(fā)的一種技術(shù)，能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)單個(gè)空氣中顆粒的大小和光學(xué)性質(zhì)，這可能是監(jiān)測(cè)空氣污染的更好方法。

在這種新的分析方法中，空氣中的粒子被光學(xué)力捕獲在激光束（3 W CW，1064 nm波長(zhǎng)）內(nèi)，并被輻射壓力向前推進(jìn)。捕集力足以克服作用在很小顆粒（例如PM2.5）上的重力，并自動(dòng)將顆粒與空心光子晶體光纖（HC-PCF）對(duì)準(zhǔn)，空心光子晶體光纖具有中心纖芯，從而使LP₀₁模式能夠傳播。纖芯是中空的，被玻璃微結(jié)構(gòu)包圍，該玻璃微結(jié)構(gòu)將光限制在光纖內(nèi)部。

對(duì)準(zhǔn)后，激光將粒子推進(jìn)到光纖中，導(dǎo)致光纖內(nèi)部的激光散射并在光纖傳輸中產(chǎn)生可檢測(cè)到的降低。研究人員開發(fā)了一種新的信號(hào)處理算法，可以實(shí)時(shí)地從粒子散射數(shù)據(jù)中檢索有用的信息。在檢測(cè)之后，粒子僅從光纖中彈出而不會(huì)使設(shè)備降級(jí)。

馬克斯·普朗克光科學(xué)研究所的菲利普·圣·羅素研究小組的研究小組負(fù)責(zé)人謝尚然說：“空​​氣污染已成為許多國(guó)家的基本問題。” “由于我們的設(shè)置非常簡(jiǎn)單和緊湊，因此應(yīng)該有可能將其變成臺(tái)式設(shè)備，以連續(xù)監(jiān)控市區(qū)和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)載PM2.5。我們技術(shù)的最獨(dú)特之處在于它可以計(jì)算與污染程度有關(guān)的顆粒數(shù)量，同時(shí)提供有關(guān)粒度分布和化學(xué)分散性的詳細(xì)實(shí)時(shí)信息。例如，這些附加信息可能對(duì)敏感區(qū)域的快速連續(xù)污染監(jiān)測(cè)很有用。”

“來自光纖的傳輸信號(hào)還使我們能夠測(cè)量飛行時(shí)間，這是粒子穿過光纖的時(shí)間，”從事該項(xiàng)目的博士生Abhinav Sharma解釋說。“光纖傳輸?shù)南陆狄约帮w行時(shí)間信息使我們能夠明確地計(jì)算出粒徑和折射率。折射率可以幫助識(shí)別顆粒材料，因?yàn)檫@種光學(xué)特性已為大多數(shù)常見污染物所熟知。” 

納米級(jí)分辨率

研究人員使用幾種不同尺寸的聚苯乙烯和二氧化硅顆粒測(cè)試了他們的技術(shù)。他們發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)可以精確地分離顆粒類型，并且可以以最小18 nm的分辨率測(cè)量0.99μm的二氧化硅顆粒。

研究人員計(jì)劃測(cè)試該系統(tǒng)分析大氣中更常見顆粒的能力。他們還想證明該技術(shù)在液體中測(cè)量的能力，這對(duì)于水污染監(jiān)測(cè)非常有用。他們已為這項(xiàng)技術(shù)申請(qǐng)了專利，并計(jì)劃繼續(xù)開發(fā)原型設(shè)備，例如可用于監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室外部空氣污染的設(shè)備。