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太赫茲技術(shù) 環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域新利器

2020-12-15 14:23:10來源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：太赫茲閱讀量：5721

　　【儀器網(wǎng) 會展報道】環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境治理和保護(hù)工作的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。從上世紀(jì)工業(yè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致嚴(yán)重的污染事件多次發(fā)生開始，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)就開始迅速發(fā)展。到目前為止，不僅在監(jiān)測手段方面形成了理化分析技術(shù)、生物監(jiān)測技術(shù)、“3S”監(jiān)測技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)共同組成的環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制體系，在監(jiān)測指標(biāo)的多樣性、監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度與準(zhǔn)確度等方面也有了長足進(jìn)步。

　　目前環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域新興的受到研究者重視的技術(shù)主要有高光譜成像分析技術(shù)和太赫茲技術(shù)。在“第十三屆中國在線分析儀器應(yīng)用及發(fā)展論壇暨展覽會”第二天的專題報告會上，分析儀器學(xué)會在線分析儀器專家組成員朱衛(wèi)東教授，就這兩項技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用向現(xiàn)場觀眾做了介紹。

　　高光譜技術(shù)對我們來說已經(jīng)不算陌生。作為有著極高光譜分辨率且波段連續(xù)的遙測成像分析技術(shù)，高光譜技術(shù)集樣本圖像信息與光譜信息于一身，不僅可以反映樣本大小、形狀、缺陷等外部品質(zhì)特征，還可以充分反映樣品內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分的差異等信息·，已經(jīng)成為機(jī)載、星載遙測技術(shù)的常用技術(shù)。

　　在環(huán)境監(jiān)測中，高光譜技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大氣環(huán)境中污染氣體、溫室氣體監(jiān)測，水環(huán)境中重點水污染源水華、水質(zhì)、飲用水源地安全監(jiān)測，生態(tài)環(huán)境的生物多樣性、植被類型監(jiān)測、土壤污染等領(lǐng)域。而隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，高光譜分析技術(shù)搭載無人機(jī)，在環(huán)境實時監(jiān)測與無人監(jiān)測方面有了更近一步的發(fā)展。

　　與高光譜技術(shù)相比，太赫茲技術(shù)目前仍然處于發(fā)展階段，技術(shù)仍未成熟，還不能做到大范圍應(yīng)用。因此太赫茲技術(shù)是目前檢測技術(shù)發(fā)展的重點方向之一。

　　太赫茲(THz，1THz = 1012 Hz)波段是指頻率從100 GHz到10 THz ，相應(yīng)的波長從3毫米到30微米，介于毫米波與紅外光之間頻譜范圍相當(dāng)寬的電磁波譜區(qū)域。太赫茲波頻率高、脈沖短、穿透性強(qiáng)，且能量很小，對物質(zhì)與人體的破壞較小，有著比X射線更廣闊的應(yīng)用前景。

　　太赫茲技術(shù)可以分為太赫茲光譜技術(shù)和太赫茲成像技術(shù)，太赫茲光譜技術(shù)又可分為太赫茲時域光譜技術(shù)和太赫茲頻域光譜技術(shù)。其中太赫茲時域光譜技術(shù)(THz-TDS)在探測和鑒別氣體方面有著獨特的優(yōu)勢。太赫茲時域光譜技術(shù)的基本原理是利用飛秒脈沖產(chǎn)生并探測時間分辨的太赫茲電場，通過傅里葉變換獲得被測物體的光譜信息，可以同時測定混合氣體中不同成分的吸收、化學(xué)成分和濃度。通過對比太赫茲波通過氣體樣品前后的頻譜，就可以得到氣體的特征譜線，進(jìn)而監(jiān)測和鑒別氣體，對目前的中紅外光譜分析技術(shù)是一個很好的補(bǔ)充。

　　太赫茲光譜技術(shù)具有對部分痕量極性分子敏感的特點。環(huán)境空氣氣態(tài)污染物的主要成分就是SO2和NOX等一些極性氣體，利用這一特性，太赫茲光譜技術(shù)可以有效監(jiān)測這些污染物，在氣體監(jiān)測方面有著很大的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。

　　對太赫茲波段的光譜研究才剛剛起步，目前仍處于一個高速發(fā)展的時期?？梢灶A(yù)見太赫茲時域光譜技術(shù)將成為環(huán)境監(jiān)測的重要手段之一，小型化、便攜式、高分辨率的實時太赫茲時域光譜檢測系統(tǒng)將會是發(fā)展趨勢。

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