Ppb-Level Self-Calibrating Ozone Detection Using a T-Type Multipass Enhanced Photoacoustic Sensor with a 9.46 μm Quantum Cascade Laser
Yu-Xuan Wu and Pei-Ling Luo
Anal. Chem. 2025, 97, 6, 3302–3309
中央研究院 原子與分子科學研究所 羅佩凌副研究員
臭氧（O3）作為最重要的溫室氣體之一，對影響全球暖化空氣汙染扮演重要角色，此外，臭氧亦是常見的室內有害氣體，目前世界衛生組織(WHO)指出若暴露於臭氧濃度為60 ppb超過8小時將危害人們的健康。因此，準確且即時地偵測臭氧濃度對於研究大氣化學以及環境監測都十分重要，然而，由於臭氧本身的高活性以及不易獲取純化臭氧氣體用於臭氧檢測儀校正，目前商用的臭氧檢測儀的精確度容易受環境因素，如濕度的干擾，且還需要額外的濃度校正儀器以及較長的測量時間。本次工作，我們結合中紅外光多次反射直接吸收與光聲光譜技術來實現即時與準確的臭氧檢測。我們的臭氧檢測系統主要由一T型玻璃管、多次反射面鏡以及9.46微米的量子級聯雷射所組成。此系統可進行多次反射直接吸收與光聲光譜測量，藉由直接吸收光譜可獲得混合氣體中臭氧的濃度，並進一步用於校正光聲光譜訊號，光聲光譜則可實現ppb等級的高靈敏度臭氧監測。實驗上藉由快速切換直接吸收與光聲光譜量測，我們即可以使用自製簡單又便宜的臭氧產生器來實現精準的臭氧檢測與原位校正。使用我們研發的臭氧檢測系統，當平均時間設為300秒時，其檢測極限可低於6 ppb。此外，此系統亦具有秒等級的快速檢測反應能力，未來亦可應用於需要即時臭氧探測與回饋控制等相關應用。