10月30日上午：9:00－10:20

Laser-based trace gas detection for sensitive chemical sensing

Professor Frans J.M. Harren

Life Science Trace Gas Facility, Molecular and laser Physics

 Institute for Molecules and Materials, RadboudUniversity, Nijmegen, the Netherlands

There is a strong growing interest to develop laser systems (quantum cascade lasers, optical parametric oscillators) in the mid-infrared wavelength region for trace gas detection with applications in environmental sciences, biology, agriculture and medical sciences. Nowadays, such lasers provide output at relatively high power and narrow linewidth and emit at any desired wavelength within the infrared wavelength range 2.5 to 12 micrometer. Accurate detection of specific gases becomes into reach thanks to the infrared fingerprint absorption spectrum of molecular gases in this wavelength region and the exact tuning capabilities of lasers. When the lasers are combined with sensitive spectroscopic techniques, such as photoacoustic spectroscopy or optical cavity enhanced spectroscopy, gases can be determined extremely sensitive under atmospheric conditions.

Examples will be given on the detection the important plant hormone Ethylene, the detection of Nitric Oxide under pathogen attack, and whether plants do produce Methane, using C-13 enriched plants and detecting C13 Methane. 

Within medical applications there is an increasing interest in the development of sensitive and selective methods for breath analysis for reliable and non-invasive monitoring of diseases. Investigations were made in the relation between Nitric Oxide and asthma, and between Hydrogen Cyanide and Pseudomonas Aeruginosa (PA) bacteria. 

Also, recent developments in OPO-based dual frequency comb spectroscopy will be presented. 

Key learning points: 

§ Infrared laser spectroscopy is a selective and sensitive way to detect trace gases. 

§ Applications within agriculture and biology demonstrate non-invasive monitoring of biological processes. 

§ Optical cavity enhanced methods are able to monitor trace gases from the breath of humans in real time.

Biographical information

Frans J.M. Harren completed in 1988 his PhD at the University of Nijmegen. At the moment he is Associate Professor at the RadboudUniversity and his research focuses on the reliable sensing of minute quantities of trace gases in complicated gas mixtures. For this, state-of-the-art laser spectroscopy and mass spectrometry is used to monitor, on-line and in real-time, gases emitted from biological samples and humans. On this subject he published over 170 publications in refereed journals, and gave 80 invited lectures in the last 10 years. A part of the activities of the research group has been commercialized via the spin-off company Sensor Sense.