纳米颗粒物高灵敏多参量在线测量技术研究

水利、环境和公共设施管理业

项目基于空芯光纤纳米颗粒物采样、导引、操纵和表征技术原理，研发了光纤集成化纳米颗粒物快速测量与辨识样机，通过对样机准直光路的优化设计，将空间光学器件替换为光纤准直器件，研制了微型化颗粒进样模组。进一步借助光学强度探测和成像模块化集成，研制了国内首套纳米气溶胶分离快检仪。该仪器可对粒径范围80 nm – 20 μm颗粒物的粒径和折射率参数进行快速测量，通过与光纹数据库的比对，确定颗粒物种类范围。成果研制的纳米气溶胶分离快检仪，可作为小型化大气颗粒物监测仪器集成在车载、机载监测平台上，提供敏感区域空气质量实时监测解决方案，对离线测量技术形成有效补充，服务首都大气治理和双碳监测；同时，该仪器还可安装于存在粉尘安全隐患的应用场景，为公共安全预警提供技术支撑，具有重要的应用价值。

可国（境）内外转让

预期收益高于5000万元。

北京市自然科学基金面上项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

纳米颗粒物的物理化学性质是影响大气污染指标、决定悬浮粉尘安全性的重要因素，对全球气候变化和人群公共安全的影响不容忽视。纳米颗粒物的传统表征技术依赖于离线人工采样和样本前处理，测量实时性差，无法满足污染物快速溯源和危险物及时预警需求。现存在线监测技术对纳米颗粒物的探测灵敏度和可测量参数有待提高。本文提出并研究一种基于空芯光纤的纳米颗粒物高灵敏多参量在线测量新技术。该技术应用光学力将纳米颗粒导入到空芯光纤纤芯中并沿轴向导引，借助纤芯中近场波导耦合效应实现纳米颗粒散射光的灵敏探测，通过测量颗粒轴向导引速度变化量实现粒径、折射率、质量参量反演，应用不同种颗粒光学推进力幅度差引入空间色谱分离机制，实现颗粒快速种类辨识。本文发展出纳米颗粒散射光多维相干探测、多参量动态感知、空间色谱分离与种类辨识关键技术，实现了百纳米颗粒的精准探测和粒径、折射率、质量参数的高精度测量，解决纳米颗粒物高精度多参量快速测量难题，为首都空气污染防治和公共安全预警提供新的技术手段。