氫氧自由基(英語(yǔ)：Hydroxyl radical)又稱羥基自由基，是由一個(gè)氧原子和一個(gè)氫原子組成的自由基也是氧化劑，包含有一個(gè)未成對(duì)價(jià)電子，用 ·OH表示，與由氧原子和氫原子組成，包含一個(gè)成對(duì)價(jià)電子的羥基官能團(tuán)(用-OH表示，英語(yǔ)：Hydroxyl group)有所不同。羥基自由基是氧的三電子還原產(chǎn)物，反應(yīng)性極強(qiáng)，壽命極短，幾乎可以與所有細(xì)胞成分反應(yīng)。

基于其極強(qiáng)的氧化能力，目前在有機(jī)廢水處理領(lǐng)域成為新的研究應(yīng)用方向。在醫(yī)藥領(lǐng)域，羥基自由基(OH)的消除率是反映藥物抗氧作用的重要指標(biāo)，所以羥基自由基(OH)的濃度分析測(cè)試也是十分重要的。同時(shí)，羥基自由基(OH)是所有含氫燃料燃燒中普遍存在且至關(guān)重要的中間體。羥基參與驅(qū)動(dòng)點(diǎn)火和放熱的關(guān)鍵鏈支化和傳播反應(yīng)。作為反應(yīng)性中間體，OH指示燃燒的開(kāi)始和完成。因此，羥基自由基的原位檢測(cè)在實(shí)驗(yàn)燃燒研究中具有重要的意義和價(jià)值。

加州大學(xué)洛杉磯分校一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)最近在《Proceedings of the Combustion Institute》期刊上發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)介紹了他們?cè)诟邷叵铝u基自由基的THz旋轉(zhuǎn)吸收光譜研究中取得的重大進(jìn)展。為了實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻_(dá)到預(yù)期，考慮譜線強(qiáng)度、溫度敏感性和光譜干擾的，小組成員決定使用mirSense提供的室溫可調(diào)諧脈沖量子級(jí)聯(lián)激光器(QCL)在18.8μm(15.9THz)下進(jìn)行羥基自由基吸收測(cè)量。以25kHz的測(cè)量速率和大約5μs的積分時(shí)間實(shí)現(xiàn)了多個(gè)躍遷的光譜分辨測(cè)量。同時(shí)，激光掃描范圍內(nèi)的相鄰水線使得能夠測(cè)量和減去水光譜，從而去除目標(biāo)OH特征附近已經(jīng)很小的水干擾。  

1、研究中的關(guān)鍵

在反應(yīng)流體動(dòng)力學(xué)研究中，OH的激光誘導(dǎo)熒光提供了火焰邊界的指示，而OH化學(xué)發(fā)光成像是近似熱釋放空間分布的常用方法。在上述光學(xué)診斷技術(shù)中，OH檢測(cè)只是針對(duì)特有的性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，但在沒(méi)有廣泛校準(zhǔn)的情況下通常不是分子定量檢測(cè)的方法。

水蒸氣(H2O)具有與OH相似的旋轉(zhuǎn)極性，并且是主要的燃燒產(chǎn)物。在500-600 cm-1范圍(15-18THz)內(nèi)，仔細(xì)檢查了OH的幾個(gè)旋轉(zhuǎn)線分組對(duì)水的干擾，代表了12-16之間的旋轉(zhuǎn)量子范圍。圖中顯示了目標(biāo)特征的模擬吸光度和線強(qiáng)度。如圖所示，吸水性特征比羥基自由基弱約10倍(注意，圖中H2O的濃度是OH的10倍)。在許多燃燒條件下，水的濃度通常明顯高于羥基自由基，使得干擾不可忽略；然而，以波數(shù)掃描激光的優(yōu)點(diǎn)意味著可以測(cè)量和減去水干擾?；谖諒?qiáng)度、溫度不敏感性以及最小的水干擾，最終選擇法國(guó)mirSense 531cm?1(15.9 THz/18.8μm)量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）。   

圖：在本研究中使用的光源可獲得的光譜范圍內(nèi)，用HITEMP【11】數(shù)據(jù)模擬羥基自由基和水干擾的吸光度。模擬是在2個(gè)大氣壓下用空氣的碰撞展寬系數(shù)進(jìn)行的。（底部）具有光譜標(biāo)記的潛在目標(biāo)躍遷的線強(qiáng)度。

3、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

4、核心部件18.8μm量子級(jí)聯(lián)激光器

關(guān)于mirSense：

法國(guó)mirSense成立于2015年，公司成員大多數(shù)為光譜學(xué)和激光物理學(xué)博士。專業(yè)從事量子級(jí)聯(lián)激光器和光聲光譜模塊研發(fā)生產(chǎn)，其中11-19μmQCL激光器也是為數(shù)不多的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家。

mirSense目前可以提供如下波長(zhǎng)的激光管