Los investigadores de la Universidad de Michigan han desarrollado un método basado en láser que podría usarse para detectar químicos como explosivos y gases peligrosos de forma rápida y precisa.
Eventualmente, este método podría usarse en sistemas ubicados en aeropuertos, para el monitoreo ambiental de contaminantes o incluso en campos de batalla, dijo el autor Steven Cundiff, profesor de física en la Facultad de Literatura, Ciencia y Artes. El estudio, realizado porBachana Lomsadze, investigadora en física, publica en ciencia .
El método de Lomsadze y Cundiff combina dos técnicas que aceleran la detección de químicos basada en láser mientras lo hacen con precisión. La primera técnica se basa en la misma idea que la espectroscopía de resonancia magnética nuclear, que utiliza frecuencias de radio para identificar la estructura de las moléculas. Aquí, los investigadores utilizan un método llamado espectroscopía coherente multidimensional, o MDCS. MDCS utiliza pulsos láser ultracortos para leer tipos de gases como un código de barras. Cuando los científicos hacen rebotar los pulsos láser a través de la mezcla de gases, esos pulsos pueden "leer"las longitudes de onda específicas de luz, o color, que absorben gases específicos.
"Si tienes luz atravesando el gas y, por ejemplo, usas un prisma para separar la luz blanca en luz de color, en el espectro del arco iris verías que habría rayas negras", dijo Cundiff. "Dondelas rayas negras casi le dan un código de barras que le indica qué tipo de molécula hay en la muestra "
Los científicos han estado trabajando en métodos similares y más simples. Muchas moléculas importantes tienen un espectro muy rico para ciertos colores de luz, aunque los "colores" en realidad pueden estar en el infrarrojo, por lo que no son visibles para el ojo humano, lo que los hacefácilmente identificable. Pero esto se vuelve difícil cuando los científicos intentan identificar gases en una mezcla. Anteriormente, los científicos confiaban en comparar lo que medían con un catálogo de moléculas, un proceso que requiere computadoras de alto rendimiento y una cantidad significativa de tiempo.
"Es como tratar de ver las huellas dactilares de tres personas una encima de la otra. Este es un obstáculo para usar estos métodos en una situación del mundo real", dijo Cundiff. "Nuestro método demora entre 15 minutos y algunas horas usandoenfoques tradicionales de MDCS "
Para acelerar el proceso y preservar su precisión, los investigadores de la UM combinaron MDCS con otro método llamado espectroscopía de doble peine.
Los peines de frecuencia son fuentes láser que generan espectros que consisten en líneas afiladas igualmente espaciadas que se utilizan como reglas para medir las características espectrales de átomos y moléculas con una precisión extremadamente alta. En la espectroscopía, el uso de dos peines de frecuencia, conocidos como espectroscopía de doble peine, proporcionaUna forma elegante de adquirir rápidamente un espectro de alta resolución sin elementos mecánicos móviles como un "cubo de esquina", que son tres espejos dispuestos para formar una esquina, utilizados para reflejar un rayo láser directamente sobre sí mismo. Este elemento generalmente limita cuánto tiempotoma para que los investigadores midan un espectro.
"Este enfoque podría permitir que el método de espectroscopía coherente multidimensional escape del laboratorio y se use para aplicaciones prácticas como la detección de explosivos o el monitoreo de componentes atmosféricos", dijo Cundiff.
Lomsadze y Cundiff aplicaron su método a un vapor de átomos de rubidio que contenía dos isótopos de rubidio. La diferencia de frecuencia entre las líneas de absorción para los dos isótopos es demasiado pequeña para ser observada usando enfoques tradicionales de MDCS, pero al usar peines, Lomsadze y Cundiffpudieron resolver estas líneas y asignar los espectros de los isótopos en función de cómo se unían los niveles de energía entre sí. Su método es general y puede usarse para identificar productos químicos en una mezcla sin conocer previamente la composición de la mezcla.
A continuación, los investigadores planean agregar un tercer láser que podría acelerar aún más su capacidad para identificar gases. También planean usar láseres basados en fibra óptica para que puedan ver más a fondo la luz infrarroja, lo que aumentaría el número dequímicos que podrían identificar.
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Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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