Sensor wykryje niezliczone chemikalia w czasie rzeczywistym

Laserowej spektroskopia fotoakustyczna (LPAS)

Naukowcy z US Army Research Laboratory (ARL) skonstruowali sensor, który jest w stanie w czasie rzeczywistym równocześnie identyfikować praktycznie nieograniczoną liczbę chemikaliów.

Nowy system bazuje na efekcie fotoakustycznym, w którym absorpcja światła przez materiały generuje charakterystyczne fale akustyczne. Dzięki zastosowaniu lasera i bardzo czułych mikrofonów, technika laserowej spektroskopii fotoakustycznej (LPAS) pozwala wykrywać gazy o stężeniu zaledwie kilku cząstek na miliard.

„Fotoakustyka jest wspaniałym narzędziem analitycznym, ale ma swoje ograniczenia i tradycyjnie pozwala mierzyć równocześnie tylko jeden parametr." – stwierdził Kristan Gurton z ARL. „Gdy zacząłem badać kwestię detekcji chemikaliów, odkryłem, że wielokrotne pomiary LPAS tworzące swoiste 'spektrum absorpcji', mogłyby zapewnić więcej informacji potrzebnych do detekcji i identyfikacji." – dodał.

W celu stworzenia takiego spektralnego systemu LPAS, naukowcy z ARL stworzyli fotoakustyczną komórkę. To cylindryczne urządzenia trzyma próbkę gazu i wyposażone jest w mikrofony, które nasłuchują charakterystycznego sygnału, gdy na próbkę oddziałuje światło.

Metoda, dzięki wykorzystaniu optyki, umożliwia natychmiastową identyfikację czynników dopóki współczynnik sygnału do szumu, który zależy z kolei od mocy lasera i stężenia mierzonego gazu, jest dostatecznie wysoki, a badany materiał znajduje się w bazie danych.

Jednakże zanim urządzenie takie będzie mogło być wykorzystywane poza laboratorium, dostępny musi być układ kwantowych laserów kaskadowych z przynajmniej sześcioma dopasowanymi długościami fal w średniej podczerwieni.

Gdy tylko takie układy laserów staną się bardziej dostępne, urządzenie będzie mogło służyć w bardzo różnych scenariuszach, od ochrony żołnierzy, po wykrywanie szkodliwych chemikaliów w przemyśle.

Gotowe urządzenie jest wielkości kartonu mleka. „Komórka fotoakustyczna jest zaskakująco prosta i niedroga w produkcji. Koszt i rozmiar całości niemalże całkowicie zależy od układu kwantowych laserów kaskadowych." – stwierdził Gurton.

(lk)