Superczuły czujnik laserowy

Superczuły czujnik laserowy

Badacze z Rice University w Houston zbudowali czujnik na bazie lasera do wykrywania obecności określonych gazów w ilości rzędu kilku cząstek na miliard i kilku cząstek na bilion.

Półprzewodnikowy laser służy jako źródło wzbudzanego światła, służącego do pomiaru absorpcji spektroskopowej. Różne rodzaje cząsteczek absorbują światło o różnych długościach fali – jest to własność charakterystyczna dla konkretnego związku chemicznego. Co więcej, ilość pochłoniętego promieniowania świetlnego zależy także od ilości cząsteczek, znajdujących się na drodze operującego światła. Zbudowane urządzenie mierzy zmiany w natężeniu światła – wbudowany mikrokontroler, po kalibracji i odpowiednim przefiltrowaniu jest w stanie kontrolować natężenie światła w czasie rzeczywistym. Urządzenie może monitorować ilość molekuł w wydychanym przez człowieka powietrzu, czy wykryć w atmosferze ślady poszczególnych gazów.

Konwencjonalna metoda wykrywania gazów polega na pomiarze laboratoryjnym, przy użyciu chromatografii czy spektroskopii masowej. Technologia ta pozwala oddzielić od siebie substancje z badanej mieszaniny, a dopiero potem dokonanie analizy ilościowej. Metoda ta jest dokładna i czuła, ale wymaga drogich i nieporęcznych urządzeń oraz fachowej obsługi. Poza tym może być dokonana tylko w wyspecjalizowanych w tym ośrodkach.

Nowostworzona metoda laserowa jest również bardzo czuła i szybka (pomiar trwa niecałą sekundę), a także można ją przeprowadzić poza laboratorium.

Po otrzymaniu danych z czujnika, mikrokontroler przetwarza zmierzone dane analogowe na dane cyfrowe, uzyskując w ten sposób wiele próbek, które podlegają przetworzeniu numerycznemu. Dane przechowywane są w wbudowanej pamięci flash.

Jak dotąd urządzenie użyto do określania stężenia siarczku karbonylu, którego obecność w ciele człowieka wskazuje na problemy z odrzucaniem przeszczepionych narządów. Naukowcy współpracują również z NASA, w projekcie monitorowania jakości powietrza w statkach kosmicznych. Inne potencjalne zastosowanie czujnika laserowego to nowa generacja narzędzi wczesnego ostrzegania przed atakiem chemicznych i biologicznym.

Szacunkowy koszt jednego urządzenia to około 4000 dolarów, ale spodziewane jest obniżenie tej ceny, wraz z wprowadzeniem kilku ulepszeń i rozpoczęciu produkcji seryjnej.