Väitös laserspektroskopiasta

​Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n tutkimusalueen Mittatekniikan keskus MIKESin tutkija Jari Peltola väitteli 2.12.2015 Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa aiheesta ”Trace gas detection and high-precision spectroscopy in the mid-infrared and visible wavelength regions” (Hivenkaasuanalyysi ja tarkkuusspektroskopia keski-infrapuna- ja näkyvän valon alueella). Vastaväittäjänä toimi arvostetun optiikan alan laboratorion CNR-INOn (Firenze, Italia) johtaja Tohtori Paolo De Natale.

Väitöskirja koostuu neljästä laserspektroskopiaan perustuvasta kokeellisesta tutkimuksesta. Tutkimuksissa on kehitetty uusia, korkeaan spektroskooppiseen erotuskykyyn ja suureen herkkyyteen perustuvia mittausmenetelmiä ja mittalaitteita ympäristön kannalta tärkeiden, pienimolekyylisten kaasutilassa esiintyvien yhdisteiden (hivenkaasujen), kuten N2O, CH2O, CH4, NO2 ja HCN:n, havaitsemiseksi. Näistä esimerkiksi metaani (CH4) ja dityppioksidi (N2O) ovat ilmastonmuutoksen ja formaldehydi (CH2O) sisäilman laadun kannalta tärkeitä yhdisteitä. Kyseisten hivenkaasujen suhteelliset pitoisuudet näytematriisissa, kuten esim. ilmakehässä, ovat tyypillisesti erittäin pieniä (miljoonas-, miljardis- tai jopa biljoonasosia).

Väitöskirjatyössä kehitetyt laserspektrometrit on toteutettu yhtä lukuun ottamatta keski-infrapuna-alueella, jossa sijaitsee mm. useimpien hiilivetyjen voimakkaimmat absorptiot. Työssä kehitettiin ensimmäinen keski-infrapuna-alueen ei-aksiaalinen ontelovaimenemisspektrometri, joka mahdollistaa nopean ja herkän formaldehydin mittaamisen. Työssä kehitettiin myös uudenlainen ontelovaimenemisspektrometri, jolla on mahdollista määrittää molekyylien, kuten dityppioksidin ja metaanin absorptiovoimakkuuksia ja niiden keskitaajuuksia jäljitettävästi keski-infrapuna-alueella. Lisäksi väitöskirjassa kehitettiin yhteistyössä Gasera Oy:n kanssa valoakustiseen spektroskopiaan perustuva mittalaite HCN:lle ja CH4:lle, sekä näkyvän valon alueella toimiva mittalaite ympäristölle haitalliselle, erityisesti dieselmoottoreissa syntyvälle typpidioksidille. Työssä saavutettu 50:n biljoonasosan suhteellinen havaintoraja NO2:lle on pienin koskaan raportoitu tulos käyttäen valoakustista spektroskopiaa.
Väitöskirjatyössä kehitettyjen ontelovaimenemis- ja valoakustisten spektrometrien erinomainen herkkyys perustuu ulkoisten optisten onteloiden tarjoamaan pitkään absorptiomatkaan sekä valoakustisen signaalin uudenlaiseen mittaamiseen erittäin herkällä piiliuskalla (''optinen mikrofoni''), ja erityisesti näiden kahden menetelmän yhdistämiseen ensimmäistä kertaa keski-infrapuna-alueen ja näkyvän valon alueen laserlähteiden kanssa.

Lisätiedot: tutkija Jari Peltola, etunimi.sukunimi ( a ) vtt.fi, p. 050 4155983
Elektroninen väitöskirja: https://helda.helsinki.fi/handle/10138/157809