借助振动光谱了解未知的任何物质分子组成
一种新方法将使制造紧凑的设备成为可能，该设备将准确确定液体或气体的分子组成，并有助于识别潜在的危险化学化合物 。以色列内盖夫的ITMO大学和本古里安大学的研究人员所做的工作结果已发表在纳米材料上 。
今天，人们越来越关注空气和水的质量以及对其中所含有害化合物的控制 。即使是很小浓度的此类化合物也可能对人类和动物的健康产生巨大的负面影响 。我们需要复杂的设备来监视物质的化学成分并识别特定的化合物 。先前应用的方法中最广泛的方法是振动光谱法 。
ITMO大学和以色列内盖夫本古里安大学联合研究项目博士生Daler Dadadzhanov解释说：“借助振动光谱，您可以轻松地了解以前未知的任何物质的分子组成 。”纳米结构物理研究与教育中心 。“它的工作原理是这样的：我们有一个未知的物质，它由许多互相相互作用的原子组成；例如一个氨基具有氢和氮原子 。当受到光辐射时，这些原子开始振荡，吸收一定的能量量当他们在的时候 。结果，输出能量将更少 。能量吸收的频率可用于确定分子组成的功能原子团 。然后，可以创建一个“分子ID”，然后由检测器使用，因为它可以确定与之一起呈现的物质的种类 。”
当今使用的光谱仪通常在中红外光谱范围内操作，波长为2.5-25微米 。在此范围内，可以轻松定义和分析入射光的能量与已经通过物质的能量之间的差异 。然而，在此范围内工作的分析仪相对较大且笨重，并且相当昂贵 。此外，中红外光谱中的某些频段是如此之强，就像与氢原子的OH基振动相关的频段一样，以至于在检测少量物质时会导致总能量吸收 。当解释吸收光谱中的其他特征振动带时，这些带成为困难的原因 。
文章插图
如果该系统不能在中红外而不是在与短波辐射一致的近红外光谱中运行，则该系统的尺寸可以缩小几倍 。对近红外光谱的研究远远超过对中红外光谱的研究，这主要是因为现代电信系统使用了近红外光谱 。
达达扎诺夫评论说：“近红外光谱的主要优点是，如今有许多节能，高质量的连续辐射装置和可靠的探测器 。” “它们比中红外范围内的价格便宜，而且结构更紧凑 。因此，中红外光谱仪的尺寸可以达到1.5 x 1.5米，而近红外光谱仪可以放在人的手掌上 。”
但是，存在一个问题–缩短波长意味着传入和传出能量之间的差异变得太小而难以检测 。结果，为了进行高质量的分析需要大量的物质，这使紧凑的设备面临风险 。此外，许多传感器旨在检测浓度很小的未知物质，例如有毒分子 。在近红外光谱中，这项任务变得更加困难 。
【借助振动光谱了解未知的任何物质分子组成】在创建基于近红外振动光谱的分析仪之前，科学家需要找到一种方法来放大接收到的信号，这是因为传入和传出能量之间存在差异 。这就是以色列内盖夫本古里安大学的研究人员以Alina Karabchevsky博士为首的研究人员以及ITMO大学的同事所从事的工作 。
Dadadzhanov继续说：“在我们的论文中，我们提出以下设计方案：在透明的电介质（例如硼硅酸盐玻璃）的基础上，形成周期性排列的金纳米平行六面体阵列 。可以通过电子束光刻获得这种结构 。”。“在那之后，我们用被研究物质的薄层覆盖衬底，并记录样品的透射光谱，这是通过金纳米颗粒中的等离子体共振和被研究物质的分子振动（泛音）的组合激发来调节的 。金纳米平行六面体在建议的形式中，它们的等离子体共振恰好在相同的光谱区域内被研究分子具有吸收带的地方 。此外，在金属表面附近，电磁场被强烈放大 。因此，这增加了建议的传感器的灵敏度 。”
发表的论文是理论性的-对数值模型进行了研究 。因此，下一步将是在实验室条件下进行创建此类系统的实际实验 。
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