2024-11-29
文章来源：富泰科技
氢氧自由基(英语：Hydroxyl radical)又称羟基自由基，是由一个氧原子和一个氢原子组成的自由基也是氧化剂，包含有一个未成对价电子，用 ·OH表示，与由氧原子和氢原子组成，包含一个成对价电子的羟基官能团(用-OH表示，英语：Hydroxyl group)有所不同。羟基自由基是氧的三电子还原产物，反应性极强，寿命极短，几乎可以与所有细胞成分反应。
基于其极强的氧化能力，目前在有机废水处理领域成为新的研究应用方向。在医药领域，羟基自由基(OH)的消除率是反映药物抗氧作用的重要指标，所以羟基自由基(OH)的浓度分析测试也是十分重要的。同时，羟基自由基(OH)是所有含氢燃料燃烧中普遍存在且至关重要的中间体。羟基参与驱动点火和放热的关键链支化和传播反应。作为反应性中间体，OH指示燃烧的开始和完成。因此，羟基自由基的原位检测在实验燃烧研究中具有重要的意义和价值。
加州大学洛杉矶分校一个研究团队最近在《Proceedings of the Combustion Institute》期刊上发表了一篇论文，详细介绍了他们在高温下羟基自由基的THz旋转吸收光谱研究中取得的重大进展。为了实验能够达到预期，考虑谱线强度、温度敏感性和光谱干扰的，小组成员决定使用mirSense提供的室温可调谐脉冲量子级联激光器(QCL)在18.8μm(15.9THz)下进行羟基自由基吸收测量。以25kHz的测量速率和大约5μs的积分时间实现了多个跃迁的光谱分辨测量。同时，激光扫描范围内的相邻水线使得能够测量和减去水光谱，从而去除目标OH特征附近已经很小的水干扰。
1、研究中的关键
在反应流体动力学研究中，OH的激光诱导荧光提供了火焰边界的指示，而OH化学发光成像是近似热释放空间分布的常用方法。在上述光学诊断技术中，OH检测只是针对特有的性质进行检测，但在没有广泛校准的情况下通常不是分子定量检测的方法。
水蒸气(H2O)具有与OH相似的旋转极性，并且是主要的燃烧产物。在500-600 cm-1范围(15-18THz)内，仔细检查了OH的几个旋转线分组对水的干扰，代表了12-16之间的旋转量子范围。图中显示了目标特征的模拟吸光度和线强度。如图所示，吸水性特征比羟基自由基弱约10倍(注意，图中H2O的浓度是OH的10倍)。在许多燃烧条件下，水的浓度通常明显高于羟基自由基，使得干扰不可忽略；然而，以波数扫描激光的优点意味着可以测量和减去水干扰。基于吸收强度、温度不敏感性以及最小的水干扰，最终选择法国mirSense 531cm−1(15.9 THz/18.8μm)量子级联激光器（QCL）。
图：在本研究中使用的光源可获得的光谱范围内，用HITEMP【11】数据模拟羟基自由基和水干扰的吸光度。模拟是在2个大气压下用空气的碰撞展宽系数进行的。（底部）具有光谱标记的潜在目标跃迁的线强度。
3、实验过程及结果
这项工作利用法国mirSense 18.8μm量子级联激光器，证明了THz光谱范围内新可用光源在燃烧条件下对羟基自由基进行时间分辨定量测量的能力。通过对乙烯和甲醇两种燃料高温氧化过程中OH形成和衰变的测量，证明了传感器的时间分辨能力。对于10cm的光程长度，在燃烧温度下的检测限约为5ppm。 |
4、核心部件18.8μm量子级联激光器
| 参考文献： THz rotational absorption spectroscopy of the hydroxyl radical at high temperatures using a quantum-cascade laser，Proceedings of the Combustion Institute，Volume 40, Issues 1–4, 2024, 10548 |
关于mirSense：
法国mirSense成立于2015年，公司成员大多数为光谱学和激光物理学博士。专业从事量子级联激光器和光声光谱模块研发生产，其中11-19μmQCL激光器也是为数不多的半导体生产厂家。
mirSense目前可以提供如下波长的激光管
400-169-1558 
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