Tillämpad laserspektroskopi

Andningsgasanalys och förbränningsdiagnostik

Känslig detektion och noggrann kvantifiering av atomer och molekyler i gasfas är en viktig aspekt inom många naturvetenskapliga och industriella grenar. I forskningsgruppen tillämpad laserspektroskopi utvecklar vi nya laserbaserade spektroskopiska tekniker och optiska sensorer samt bedriver tvärvetenskaplig forskning inom områden energiteknik och medicinsk vetenskap.

Andningsgasanalys och förbränningsdiagnostik

FotoFlorian Schmidt

In situ real-tid förbränningsdiagnostik

I strävandet mot ett mer hållbart samhälle kan termokemiskt omvandling av biomassa av rester från skog och jordbruk samt avfall ersätta fossila bränseln i kraftvärmeverk och vid produktion av transportbränslen så väl som kemikalier. Snabb in situ-diagnostik behövs för att bättre förstå, optimera och kontrollera förbränning och förgasning av biomassa. Våran grupp fokusera på utveckling av metoder för detektion av huvudämnena, gastemperatur, sot och oorganiska föreningar, såsom kalium.

Key publications

1. E. Thorin and F. M. Schmidt, TDLAS-based photofragmentation spectroscopy for detection of K and KOH in flames under optically thick conditions, Optics Letters 45, 5230-5233 (2020), https://doi.org/10.1364/OL.400614

2. A. Sepman, Y. Ögren, Z. Qu, H. Wiinikka, F. M. Schmidt, Real-time in situ multi-parameter TDLAS sensing in the reactor core of an entrained-flow biomass gasifier, Proceedings of the Combustion Institute 36, 4541-4548 (2017), https://doi.org/10.1016/j.proci.2016.07.011

3. Z. Qu, E. Steinvall, R. Ghorbani, F. M. Schmidt, Tunable diode laser atomic absorption spectroscopy for detection of potassium under optically thick conditions, Analytical Chemistry 88, 3754–3760 (2016), https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b04610

4. Z. Qu, R. Ghorbani, D. Valiev, F. M. Schmidt, Calibration-free scanned wavelength modulation spectroscopy – application to H2O and temperature sensing in flames, Optics Express 23, 16492-16499 (2015), https://doi.org/10.1364/oe.23.016492

Real-tid andningsgasanalys

Andningsgasanalys är ett växande forskningsområde som syftar till snabb, icke-invasiv detektering av biomarkörer i utandningsluften som är relevanta för diagnostik, fysiologi och toxikologi. Metoden har potential att revolutionera icke-invasiv individanpassad medicinsk diagnostik. Ytterligare forskning behövs för att utveckla analytiska tekniker för tillförlitlig kvantifiering av biomarkörmolekylerna och för att bättre förstå deras ursprung ner till cellulär nivå. Vår forskning fokuserar på realtidsanalys av små, gasformiga signalmolekyler, såsom kolmonoxid, och deras roll i andningssjukdomar.

Key publications

1. R. Ghorbani and F. M. Schmidt, Fitting of single-exhalation profiles using a pulmonary gas exchange model – application to carbon monoxide, Journal of Breath Research 13 026001 (2019), https://doi.org/10.1088/1752-7163/aafc91

2. R. Ghorbani, A. Blomberg, F. M. Schmidt, Modeling pulmonary gas exchange and single-exhalation profiles of carbon monoxide, Frontiers in Physiology 9 927 (2018), https://doi.org/10.3389/fphys.2018.00927

3. R. Ghorbani and F. M. Schmidt, ICL-based TDLAS sensor for real-time breath gas analysis of carbon monoxide isotopes, Optics Express 25, 12743-12752 (2017), https://doi.org/10.1364/OE.25.012743

4. F. M. Schmidt, O. Vaittinen, M. Metsälä, M. Lehto, C. Forsblom, P.-H. Groop, L. Halonen, Ammonia in breath and emitted from skin, Journal of Breath Research 7, 017109 (2013), https://doi.org/10.1088/1752-7155/7/1/017109

Vid Umeå universitet är gruppen associerad med Thermochemical Energy Conversion Laboratory (TEC-Lab) och samarbetar med institutionen för fysik och institutionen för folkhälsa och klinisk medicin. Samarbetspartners finns även vid RISE Energy Technology Center Piteå, Luleå tekniska universitet, Lund universitet, Helsingfors universitet, Tsinghua University, och inom forskningsmiljöerna Svenskt Förgasningscentrum och Bio4Energy.