دستیابی به اندازه‌گیری‌های دقیقتر از CO₂ در جو با به حساب آوردن تفاوت‌های سخت افزاریِ طیف سنج‌ امکان‌ پذیر است.

طیف سنجی فروسرخ یک ابزار بی‌رقیب برای سنجش میزان CO₂ در هواست اما به دست آوردن غلظت گاز از نتایج طیف‌سنجی به میزان اطلاع از سطح مقطع جذب- یعنی قدرت برهمکنش مولکول با فوتونها در یک طول موج خاص- بستگی دارد. پژوهشگران مدتها به دنبال تعیین سطح مقطعِ CO₂ برای طول‌موج‌های فروسرخ با دقتی بهتر از 0.1% بودند اما حتی محاسبات حاصل از اصول اولیه هم به عدم قطعیتی بالای 1% منجر میشد. اکنون آدام فلیشر Adam Fleisher و همکارانش در مرکز ملی استاندارد و فناوری مریلند، در اندازه‌گیری نمونه‌‌ی مرجعی- که ترکیب آن دقیقا مشخص بود- با چندین طیف‌سنج‌ِ بسیار دقیق از نوع کاواکِ حلقه-پایین )cavity ring-down spectrometer (CRDS-، سطح مقطع CO₂ را با عدم قطعیتِ 0.06% به دست آورده‌اند.

در CDRS، پرتوی لیزر بین یک جفت آینه رفت و برگشت کرده و به تدریج توسط گازی که درون کاواک است جذب می‌شود. آهنگ این جذب به غلظت گاز بستگی دارد. بعد از به حداقل رساندن عوامل معلومِ خطا در مجموعه‌ای از CRDS‌های فوق العاده دقیق، فلیشر و همکارانش توانستند بر عملکرد سخت‌افزارِ مبدل دیجیتال (digitizer) متمرکز شوند‎‎- بخشی از دستگاه که خروجی آنالوگ از آشکارساز نوری را به علائم دیجیتال برای تجزیه و تحلیل تبدیل می‌کند. در بررسی نتایج‌ حاصل از پنج مبدل دیجیتال مختلف، آن‌ها متوجه بایاس‌های(bios) غیرمنتظره‌ای شدند که خاصِ هر مبدل بود. با تنظیم اندازه‌گیری‌ها بر مبنای این بایاسِ مبدل دیجیتال که قبلا لحاظ نشده بود، گروه مقدار سطح مقطع جذب را با بهبود 25 برابری در عدم قطعیت نسبت به نتایج قبلی به دست آورد.

این بهبود به دقت اندازه‌گیریِ CO₂ بهتر از 0.4 قسمت در میلیون در غلظت‌های کنونی جو منجر می‌شود که به این ترتیب قادر به تشخیص دقیق‌تر منابع نشت و جذب گاز خواهیم بود. نتایج حاصل همچنین در مطالعه‌ی سایر مولکول‌های گازی شامل آشکارسازی نوریِ علائم زیستی در سیارات خارجی کاربرد دارد.

این تحقیق در Physical Review Letters به چاپ رسیده است.

منبع

Correcting Hardware Bias in Molecular Spectrometers