Un nuevo espectrómetro UV de banda ancha revoluciona el análisis de los contaminantes atmosféricos
La tecnología láser desarrollada en la Universidad Técnica de Graz permite el análisis continuo en tiempo real de los contaminantes atmosféricos y su interacción con otros gases y la luz solar
La luz solar tiene una gran influencia en los procesos químicos. En particular, su radiación UV de alta energía es fuertemente absorbida por todos los materiales y desencadena reacciones fotoquímicas de las sustancias presentes en el aire. Un ejemplo bien conocido es la formación de ozono troposférico cuando la luz UV incide sobre los óxidos de nitrógeno. Un equipo de investigación dirigido por Birgitta Schultze-Bernhardt, del Instituto de Física Experimental de la Universidad Tecnológica de Graz (TU Graz), aprovecha ahora este elevado potencial de reacción para un nuevo método de vigilancia ambiental. Han desarrollado el primer espectrómetro UV de banda ancha y doble peine del mundo, con el que se pueden medir continuamente los contaminantes atmosféricos y observar en tiempo real su reacción con el medio ambiente. La revista Optica acaba de publicar un artículo sobre este desarrollo.
Los espectrómetros de doble peine existen desde hace casi 20 años. En ellos, una fuente emite luz en una amplia gama de longitudes de onda que, ordenadas según sus frecuencias ópticas, recuerdan a los dientes de un peine. Si esta luz penetra en una muestra de material gaseoso, las moléculas que contiene absorben parte de la luz. La alteración de las longitudes de onda de la luz permite extraer conclusiones sobre los componentes y las propiedades ópticas del gas analizado.
Los pulsos de luz láser hacen girar y vibrar las moléculas de gas
La particularidad del espectrómetro desarrollado por Birgitta Schultze-Bernhardt es que un sistema láser emite pulsos de luz dobles en el espectro ultravioleta. Cuando esta luz UV entra en contacto con las moléculas de gas, las excita electrónicamente y también las hace girar y vibrar -las llamadas transiciones rovibrónicas-, que son únicas para cada sustancia gaseosa. Además, el espectrómetro UV de banda ancha y doble peine combina tres propiedades que hasta ahora los espectrómetros convencionales sólo han podido ofrecer en parte: (1) un gran ancho de banda de la luz UV emitida, lo que significa que con una sola medición se puede recopilar una gran cantidad de información sobre las propiedades ópticas de las muestras de gas; (2) una alta resolución espectral, que en el futuro también permitirá investigar mezclas de gases complejas como la atmósfera de nuestra Tierra; y (3) tiempos de medición cortos al analizar las muestras de gas. "Esto hace que nuestro espectrómetro sea adecuado para mediciones sensibles mediante las cuales se pueden observar con gran precisión los cambios en las concentraciones de gas y el curso de las reacciones químicas", explica Lukas Fürst, estudiante de doctorado del grupo de trabajo de Detección Coherente y primer autor de la publicación.
Desarrollado y probado con formaldehído como ejemplo
Los investigadores desarrollaron y probaron su espectrómetro utilizando formaldehído. Este contaminante atmosférico se produce cuando se queman combustibles fósiles y madera, así como en interiores a través de los vapores de los adhesivos utilizados en los muebles. "Con nuestro nuevo espectrómetro pueden controlarse en tiempo real las emisiones de formaldehído en la industria textil o de transformación de la madera, así como en ciudades con niveles elevados de smog, mejorando así la protección del personal y del medio ambiente", explica Birgitta Schultze-Bernhardt. La aplicación del espectrómetro también puede trasladarse a otros contaminantes atmosféricos, como los óxidos de nitrógeno y el ozono, y a otros gases traza relevantes para el clima. El equipo de investigación espera que esto proporcione nuevos hallazgos sobre sus efectos en la atmósfera. A partir de ahí podrían derivarse nuevas estrategias para mejorar la calidad del aire.
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