科技利剑出鞘!激光如何精准 “猎杀” 大气污染物?

在看不见的大气战场中,颗粒物、碳排放、挥发性有机化合物等污染物如同隐藏的 “敌人”,时刻威胁着人类的生存环境。如今,一项黑科技横空出世,宛如一把锋利的科技利剑,直指这些大气污染物,它就是激光诱导击穿光谱技术。中国科学家正凭借这项技术,在大气环境监测与治理领域展开一场 “围剿” 污染物的攻坚战。

激光诱导击穿光谱技术,虽然名字听起来复杂,但原理却并不晦涩。先看激光,它可不是普通的光。在演唱会中,那绚丽多彩、营造梦幻舞台效果的灯光,高速公路上夜间闪烁、防止驾驶员疲劳的绿色 “防疲劳激光灯”,还有日常使用的激光笔、激光打印机等,都离不开激光。激光英文全称意为 “辐射的受激发射光放大” ,1964 年,在钱学森的建议下,它有了如今的中文名称。激光具有单色性与方向性好、能量高的特点,小小的激光笔就能点燃火柴,其能量可见一斑。

当携带极高能量的激光聚焦灼烧样品,样品会被激发至高温等离子体状态,而光谱就是处于这种状态的物质传递信息的关键。300 多年前牛顿就发现,太阳光经三棱镜折射会分解成七种颜色的光,生活中阳光透过尺子、洒水车喷水出现的彩虹,都是复色光分光的现象。复色光经过色散系统分光后,按波长排列的图案就是光谱。物质被激发成高温等离子体时,原子中的电子从高能级向低能级跃迁,根据能量守恒定律,能级差的能量以辐射光子的形式释放,不同原子的电子轨道能量差不同,辐射光子波长也不同,这就如同元素独一无二的 “指纹”。被检测物受激光照射后,发出的光子组成光谱,研究人员通过分析光谱特征,就能确定样品的元素成分和浓度,这便是激光诱导击穿光谱技术的核心原理。

在大气环境监测领域,这项技术更是大显身手。在空气质量预报中常出现的 “PM2.5”“PM10”,代表着不同粒径的大气颗粒物,虽在大气中占比小,却会直接危害人类呼吸系统。激光诱导击穿光谱技术可以精准探测纸张、秸秆、香烟、蚊香等燃烧产生的烟雾,为监测大气颗粒物提供有力支持。在碳排放监测方面,自工业革命后,大量化石能源使用导致二氧化碳排放剧增、全球变暖,而该技术能更高效便捷地追踪碳的 “足迹”,为碳浓度测量和碳同位素识别开拓新思路。对于汽车尾气、工厂黑烟中隐藏的挥发性有机化合物,利用该技术探测后,研究人员能根据光谱确定其成分和浓度,揪出污染 “元凶”。

从原理到应用,激光诱导击穿光谱技术凭借自身优势,成为大气环境监测的得力助手。它如同一位敏锐的 “环境卫士”,用科技的力量精准 “猎杀” 大气污染物,为人类守护清新洁净的大气环境,也为未来大气污染治理提供了强大的技术支撑,让我们对更美好的生态环境充满期待。

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