Migliore rilevamento di gas tramite laser

I rilevatori di gas che impiegano la spettroscopia laser compatta possono identificare composti chimici in un piccolo campione di gas ed essere utilizzati per rilevare tracce di sostanze esplosive, tossiche o stupefacenti. Inoltre, possono essere utilizzati per analizzare i flussi di gas deboli emessi dai campioni biologici fino al livello delle singole cellule.

Tecnologie industriali

L’obiettivo del progetto MICEPAS MIR-EC-QCL (Novel miniaturized photoacoustic cell integrated with compact mid-infrared widely-tunable laser for gas-detection applications), finanziato dall’UE, era quello di sviluppare un rilevatore di gas più economico e migliore sulla base della spettroscopia laser. Gli scienziati hanno integrato una nuova cella fotoacustica di risonanza miniaturizzata con un laser a cascata quantica avente una cavità esterna nel medio infrarosso, in un rilevatore di gas fotoacustico compatto. Le capacità del rivelatore sono state dimostrate in una serie di esperimenti di laboratorio. I ricercatori hanno ottimizzato il design della cella per ridurne le dimensioni, consentendo di operare a una risonanza specifica. Per la cella risonante ottimizzata correttamente, il segnale di fondo (un segnale sorto nella cella a causa di assorbimento e riflessione del raggio di luce da parte delle finestre relative alla cella) è assente in qualsiasi regime di modulazione. La cella priva di segnale di fondo può essere utilizzata per rilevare qualsiasi composto attivo agli infrarossi e può essere facilmente adattata a qualsiasi diametro del fascio laser e frequenza di modulazione. Tuttavia, nonostante le sue piccole dimensioni, la cella miniaturizzata è paragonabile in termini di prestazioni a una cella con macro-scala di grandezza. Svariati prototipi di rilevatore sono stati costruiti e testati per una vasta gamma di applicazioni, e facevano parte di componenti principali relativi a circuito integrato del laser, design della cavità laser e cella fotoacustica. L’inserimento della cella fotoacustica nella cavità laser ha determinato un significativo aumento della sensibilità di rilevamento del gas. Alcune dimostrazioni hanno provato che il rivelatore di gas fotoacustico basato su laser a cascata quantica con cavità esterna può essere usato come igrometro altamente sensibile, in grado di analizzare specie isotopiche nel vapore acqueo. Perciò, il prototipo può essere utilizzato come base per nuove versioni migliorate di rivelatori di gas non costosi adattabili a svariati usi pratici. I precisi, affidabili e non costosi rilevatori sviluppati dal progetto MICEPAS MIR-EC-QCL possono essere applicati ad analisi multicomponente in situ di aria atmosferica durante l’inquinamento e al monitoraggio di gas di scarico, al controllo dei processi industriali e a eventuali fughe. I rivelatori sono adeguatamente sensibili per il rilevamento dei gas coinvolti nelle reazioni metaboliche che avvengono nei sistemi viventi.