近日，我院智能感知与先进仪器课题组在光声光谱痕量气体检测方面取得进展，在国际知名仪器类期刊《Photoacoustics》上报道了题为“Sensitivity Enhanced NIR Photoacoustic CO Detection with SF₆Promoting Vibrational to Translational Relaxation Process”的理论研究。该研究诠释了SF₆作为理想催化剂提高慢弛豫分子弛豫速率的效应，并验证了提高NIR光声光谱CO检测性能的有效性。我院青年教师乔莹莹博士为论文第一作者，李磊副教授为通讯作者。

图1.(a)光声光谱系统示意图；(b)差分式光声池一阶共振模式；

(c)SF₆对光声信号响应影响。

光声光谱是解决高灵敏度痕量CO气体传感的常见技术。但是，CO是一种慢弛豫分子，当激光器的调制周期小于或接近CO的弛豫时间时，会严重影响激发的光声信号。目前，常见的催化CO弛豫速率的分子主要是H₂O，但是H₂O容易凝结在池壁、窗口镜片、麦克风探头上，从而引起传感器性能下降，甚至导致传感器失效。因此，为改善对慢弛豫分子的检测性能，急需一种新的催化剂。SF₆是一种人工合成的极其稳定的气态分子，并且它是一种多原子分子，具有丰富的跃迁能级。因此，它对于提高慢弛豫分子的弛豫速率，可能是一种理想的催化剂。基于此，我院的研究人员设计了一种差分式光声光谱系统，并利用该系统验证了SF₆对提高NIR光声光谱CO检测性能的有效性。最终确定加入2%的SF₆即可将灵敏度提升至原来的~ 2倍。该工作为今后提高基于NIR光声光谱法的慢弛豫分子的检测性能提供了一个有希望的方向。

该工作得到了国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金青年项目、郑州市协同创新重大专项等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.pacs.2022.100334