近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所張志榮研究員團(tuán)隊(duì)在基于新型空芯光波導(dǎo)激光吸收光譜氣體穩(wěn)定同位素測(cè)量研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以《用于氣體同位素比值測(cè)量的新型中紅外增強(qiáng)型空芯光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)與性能分析》為題發(fā)表在國(guó)際TOP期刊Analytical Chemistry上。

近年來(lái)，空芯光波導(dǎo)（Hollow Waveguide，HWG）作為一種新型的氣體吸收池，具有光程體積比大、光路布置靈活穩(wěn)定、成本較低等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于光譜測(cè)量領(lǐng)域，在多個(gè)方面相較于傳統(tǒng)多次反射型光程池具有明顯優(yōu)勢(shì)。但是常規(guī)空芯光波導(dǎo)一般采用直通單路式測(cè)量，其光程取決于所使用的空芯光波導(dǎo)長(zhǎng)度，極大的限制了其靈敏度和檢測(cè)極限的提升。

本研究借鑒積分腔、腔衰蕩的高反射鏡光程提升設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了基于高反射率鏡片的增強(qiáng)型空芯光波導(dǎo)（EHWG）的新型氣體吸收池部件，有效提高了光波導(dǎo)的光程利用率，極大的提高了光程體積比。同時(shí)，以幽門(mén)螺桿菌感染的“金標(biāo)準(zhǔn)” ¹³C-尿素呼氣試驗(yàn)（¹³C-UBT）為依據(jù)，測(cè)量了呼氣成分中的CO₂三種穩(wěn)定同位素比值。結(jié)果表明：EHWG傳感器對(duì)于三種同位素的測(cè)量精度（δ¹³C~0.36‰，δ¹⁸O~0.46‰，δ¹⁷O~0.88‰）優(yōu)于前期的研究工作。此外，通過(guò)將EHWG傳感器真實(shí)呼氣測(cè)量結(jié)果與醫(yī)院體檢中¹³C-UBT的結(jié)果相驗(yàn)證，證明了該傳感器具有安全性、非侵入性以及快速方便等優(yōu)勢(shì)，為下一步的臨床測(cè)試奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，EHWG在制造小型化、廣譜和輕量化氣體傳感器方面具有巨大潛力，有望成為微量樣本氣體測(cè)量的首選。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生黃文彪與夏滑副研究員為共同第一作者，張志榮研究員為論文通訊作者。本研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、安徽省杰青項(xiàng)目、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院“火花”基金等項(xiàng)目支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c06763

圖1：增強(qiáng)型空芯光波導(dǎo)氣體同位素傳感器示意圖

圖2：EHWG傳感器R¹³C、R¹⁸O和R¹⁷O的測(cè)量精度