Spektroskopia
- Henkilökunta
- Julkaisut
- Opiskelijoille
Spektroskopian tutkimusta tehdään Optiikan ja spektroskopian laboratoriossa. Tutkimus keskittyy seuraavia aihepiireihin:
- Fotoakustinen detektointi
- Interferometrit
- Spektroskooppiset laskentamenetelmät
- Suuren erotuskyvyn spektroskopia
Fotoakustinen detektointi
Fotoakustinen menetelmä on eräs herkimmistä tavoista mitata pieniä kaasupitoisuuksia. Tässä menetelmässä mitattava kaasu suljetaan kammioon, johon johdetaan ikkunan kautta IR-säteilyä. Kun säteilystä kullekin kaasulle ominaiset tietyt aallonpituudet absorboituvat, kaasun lämpötila nousee ja samalla kammiossa vallitseva paine. Paineen nousu, joka on suoraan verrannollinen absorboivan kaasun pitoisuuteen, voidaan detektoida herkällä mikrofonilla.
Interferometrit
Optiikan ja spektroskopian laboratoriossa on kehitetty erilaisia interferometreja, joita on käytetty Fourier-muunnos-spektrometreina.
Prof. Kauppisen väitöskirjatyönään rakentamalla Fourier-muunnos-infrapunaspektrometrilla (FTIR-spektrometri) oli hallussaan erotuskyvyn maailmanennätys vuosina 1972-1993. Laite oli Pohjoismaiden ensimmäinen. Myöhemmin laite muutettiin ensimmäisenä maailmassa kuutionurkkainterferometriksi, joka on nykyisin kaupallisten FTIR-spektrometrien tavallisin intereferometrityyppi.
Karuselli-interferometri on laboratorion viimeisimpiä keksintöjä. Se on kompakti matalan resoluution interferometri, jonka toiminta perustuu pyörimisliikkeeseen. Karuselli-interferometri on erittäin stabiili ja immuuni ulkoisille häiriöille. Laite sopii jopa UV-spektroskopiaan.
Yhteistyönä Temet Instruments Oy:n kanssa laboratorio on kehittänyt kannettavan GASMETTM-kaasuanalysaattorin, joka pystyy sekunnissa mittaamaan samanaikaisesti lähes kaikki mahdolliset kaasuseoksen komponentit, detektiorajana on 1 ppm.
Spektroskooppiset laskentamenetelmät
Optiikan ja spektroskopian laboratoriossa kehitetään menetelmiä signaalinkäsittelyyn ja spektrin laskentaan. Tällaisia menetelmiä ovat esimerkiksi derivointi, dekonvolointi, tasoitus ja taustanpoisto. Varsinkin spektrin resoluution kasvattamiseen tarkoitetuista menetelmistä on tullut maaimankuuluja.
Fourier-Self-Deconvolution (FSD) -menetelmää on käytetty jo pitkään, ja se on yleisesti hyväksytty erotuskyvyn parantamismenetelmä. Siitä on tullut käsite, joka esitellään spektroskopian oppikirjoissa, ja jota käytetään lähes kaikissa FTIR-spektrometreissa.
Spektrianalyysiä varten laboratoriossa on kehitetty multikomponenttianalyysi, joka on käytössä GASMET-kaasuanalysaattorissa.
Paljon kohua aiheutti työmme "What is Wrong with MEM?", jossa osoitettiin, että paljon käytetty Burgin maksimientropiamenetelmä ei toimi!
Suuren erotuskyvyn spektroskopia
Prof. Kauppinen rakensi väitöskirjatyönään Fourier-muunnos-infrapunaspektrometrin, jolla oli hallussaan erotuskyvyn maailmanennätys vuosina 1972-1993. Tällä spektrometrilla on mitattu maailman suurimmalla resoluutiolla ja tarkkuudella suuri määrä molekyylien infrapunaspektrejä, jotka on tulkittu kansainvälisenä yhteistyönä (n. 100 julkaisua). Laitteella on mitattu mm. yksinkertaisten molekyylien (H2O, CO2, OCS, N2O, jne.) standardispektrit standardikirjaan "Handbook of Infrared Standards with Spectral Maps and Transition Assignments between 3 and 2600 mm", toim. G. Guelachvili ja K. Narahari Rao, Academic Press INC, 1986.
Yhteistyönä Teknillisen Korkeakoulun kanssa kehitettiin Suomen pituusnormaalina (Suomen metri) toimiva interferometrinen mittaussysteemi.
Tällä hetkellä laboratoriossa on rakenteilla uusi superresoluution FTIR-spektrometri, jolla on tarkoitus jälleen saavuttaa erotuskyvyn maailmanennätys. Interferometrin optinen matkaero on +-16 m, jolloin maksimierotusraja on 4x10-4 cm-1. Uudella spektrometrilla voidaan mitata spektriviivojan aaltolukuja hyvin tarkasti (Dn/n=10-10).
Yhteyshenkilö: Tom Kuusela