Photonics21：新型“灯柱”气体探测器可防止数百万人因空气污染死亡

• 新型手掌大小的气体分析仪可利用激光实时检测多种有毒气体
• 科学家希望让它们像视频监控一样普遍，每个灯柱上都有装置
• 未来污染最少的上班或上学路线可能会集成到谷歌地图中
• 财团从 Horizo​​n 2020 研究和创新资助计划中获得 690 万欧元

正在开发一种新的气体传感网络，可以实时分析城镇中的多种气体，以防止环境空气污染造成的死亡。

这种新型空气质量监测系统采用尖端激光技术，可以在人口稠密的大片地区检测到最少量的有毒气体。

通过连接多个传感器形成气体分析网络，这些装置可以在环境中发现痕量的多种气体，包括二氧化氮 (NO2)、二氧化硫 (SO2)、一氧化碳 (CO)、臭氧 (O3) 和颗粒物。在学校、城镇和城市等动态环境中实时进行。

这 世界卫生组织估计 420 万人 他们因吸入室外空气中高浓度的有毒气体分子和颗粒物或环境空气污染而过早死亡。

目前，评估城市环境空气质量的方法依赖于冰箱大小的大型设备，其成本高达 10 万欧元。 低成本传感器依赖于化学反应，但化学反应不准确，可能会给出错误的读数。

然而，由欧盟资助 690 万欧元的名为 PASSEPARTOUT 的项目旨在以更合理的价格提供一种紧凑型探测器，能够全面了解有毒气体的类型和浓度。 PASSEPARTOUT 项目协调员 William Whelan-Curtin 博士表示：

“微型 PASSEPARTOUT 高光谱光学传感器将为了解城市空气质量提供全面的方法。 要拥有广泛的网络并采取有意义的步骤迈向智慧城市，目前昂贵的方法并不可行。

“目前，准确评估城市空气很困难。 随着时间的推移、短距离内以及城市内不同区域的空气质量变化很大。 传统的监测方法很难充分捕捉这些细微的变化。 我们正在努力提供一种具有高精度和出色空间分辨率的系统来检测NOx、SO2、NH3、CH4、CO、CO2和黑碳。”

每根灯柱上都有探测器

该项目希望使其实时大都市网络在我们的城镇中变得司空见惯。

“我们希望通过在每个灯柱上安装探测器来使该技术像视频监控一样普遍。 作为该项目的一部分，我们正在开发一款智能手机应用程序来实时检查空气质量。 未来，我们希望能够将其集成到 Google 地图中，以便您上下班或上学的旅程不仅可以向您显示交通热点，还可以向您显示空气最清洁的路线。

“最终，我们希望帮助拯救生命并帮助世界各地的公民享受清洁的空气。 以低于千欧元的价格，我们的技术将使市政当局、环境机构和研究人员能够以一小部分价格进行有针对性的干预和政策决策。”

石英晶体技术

该系统利用光热效应和光声效应来工作。 激光产生脉冲或小束激光。 当激光照射到有毒气体时，分子吸收光能，发出热“信号”，然后将其报告回系统。 然后，系统可以准确地识别出有害气体是什么，以及有害气体的含量。

PASSEPARTOUT 系统更进一步，采用石英音叉技术（或石英增强光声光谱）。 惠兰-科廷博士解释说：

“QEPAS 对于在具有挑战性的环境中检测和定量痕量气体特别有用。 我们使用具有尖锐机械共振的石英音叉来检测气体样品产生的信号，同时抑制背景噪声。 该音叉检测气体加热和冷却时产生的声波。 然后分析信号以确定目标气体的浓度。 可以调整激光的确切波长以匹配目标气体的特征吸收光谱，这意味着我们的系统可以明确检测特定气体，例如一氧化碳或二氧化硫。”

这种强大的传感功能使 PASSEPARTOUT 探测器能够监控环境，持续提供动态和最新的空气质量表示。 “即使是有毒气体浓度最微小的波动也可以被及时捕获，从而实现更有效和及时的干预。

PASSEPARTOUT 团队正在垃圾填埋场、海港、巴里大学和科克的一些学校试验他们的技术。

PASSEPARTOUT 项目由明斯特理工大学负责协调，将于 2024 年结束。该项目还包括其他 19 个合作伙伴：科克大学学院 – 爱尔兰国立大学，科克（爱尔兰）； Universita Degli Studi Di Bari Aldo Moro、Politecnico Di Bari、Etg Risorse E Tecnologia Srl、Ecospray Technologies Srl、Techno Sky Srl Technologies For Air Traffic Management，Comune Di Bari（意大利）； Nanoplus 纳米系统和技术，慕尼黑工业大学（德国）； 国家科学研究中心，蔚蓝海岸大学，Le Verre Fluore（法国）； 绿色实验室 Magyarorszag Mernoki Iroda Korlatolt Felelossegu Tarsasag（匈牙利）； Argotech As（捷克）； 维也纳工业大学（奥地利）； Vario-Optics Ag，Fachhochschule Nordwestschweiz Fhnw（瑞士）； Haze Instruments，Razvoj In Proizvodnja Merilnih Instrumentov Doo（斯洛文尼亚）； AUG 标志着 Hellas 技术的发展和应用 Hellas 单一成员私营公司（希腊）。