Ultrahigh Sensitive Trace Gas Sensing System with Dual Fiber-Optic Cantilever Multiplexing-Based Differential Photoacoustic Detection

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作者
Xinyu Zhao,Zhengzhi Wang,Chenxi Li,Heng Wang,Hongchao Qi,Min Guo,Fengxiang Ma,Ke Chen
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:96 (3): 1046-1053 被引量:35
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.3c03636
摘要

An ultrahigh sensitive trace gas sensing system was presented with dual cantilever-based differential photoacoustic detection. By combining the double enhancement of multipass absorption and optical differential detection, the gas detection sensitivity was significantly improved. The dual-channel synchronous photoacoustic detection was realized by fiber-optic Fabry–Perot interference spectrum multiplexing. The photoacoustic signals detected by two fiber-optic cantilever microphones installed in a differential photoacoustic cell (DPAC) were out of phase, while the detected gas flow noises were in phase. The optical differential detection method achieved both highly sensitive optical interference measurement and differential noise suppression. In the multipass configuration, the interaction path between excitation light and target gas achieved 4.1 m, which improved the photoacoustic signal by an order of magnitude compared with a single reflection. The maximum gas flow allowed by the system based on the DPAC was 250 sccm, which realized the dynamic monitoring of H2S in the SF6 background. The detection limit for H2S in SF6 background was 5.1 ppb, which corresponds to the normalized noise equivalent absorption coefficient of 9 × 10–10 cm–1 W Hz–1/2.
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