Un record du monde dans la détection de niveaux extrêmement faibles de contamination gazeuse


Un record du monde dans la détection de niveaux extrêmement faibles de contamination gazeuse

Principe de la spectroscopie d’absorption laser photoacoustique dans la détection des traces de gaz: L’absorption périodique du laser dans l’échantillon de gaz génère un signal acoustique qui peut être enregistré avec un microphone sensible. Crédit photo: Teemu Tomberg

La spectroscopie photoacoustique, appliquée à l’analyse sans fond, a été utilisée pour mesurer des concentrations de gaz traces sans précédent. Teemu Tomberg de l’Université d’Helsinki a développé des méthodes de détection permettant de mesurer de très petites traces de différents gaz.

Pourquoi mesurer de faibles concentrations?

Les gaz traces sont des substances présentes en très petites quantités dans l’air et dans d’autres milieux. Malgré leur faible concentration, les gaz traces peuvent avoir une influence considérable sur les propriétés chimiques des composés gazeux. Pour cette raison, leur identification et leur quantification précises sont importantes.

Dans sa thèse de doctorat, Teemu Tomberg s’est concentré sur le développement de méthodes de détection de gaz traces basées sur la spectroscopie d’absorption laser sans fond.

«Sans arrière-plan signifie qu’une tentative est faite pour éliminer les signaux d’interférence qui ne proviennent pas de la cible mesurée», explique Tomberg.

Les méthodes en question ont des propriétés particulières qui les rendent bien adaptées à la détection de concentrations de gaz extrêmement faibles. Ces propriétés incluent l’évolutivité avec des performances optiques combinées à une sensibilité réduite aux fluctuations des performances optiques.

Faisceaux laser et ondes sonores

Dans sa thèse, Tomberg a utilisé deux approches spectroscopiques: une nouvelle méthode interférométrique pour mesurer les spectres d’absorption à large bande sans fond et une spectroscopie photoacoustique améliorée en cantilever.

La recherche a été menée au Département de chimie de l’Université d’Helsinki. Tomberg a effectué son travail dans le groupe de spectroscopie laser et ses superviseurs étaient des chefs de groupe, le professeur associé Markku Vainio et le professeur Lauri Halonen.

«J’ai effectué les mesures dans le domaine de l’infrarouge moyen avec diverses sources de lumière laser telles que des oscillateurs paramétriques optiques, des peignes de fréquences optiques et des lasers à cascade quantique», explique Tomberg.

L’une des réalisations de Tomberg a été la démonstration de la nouvelle technologie de mesure interférométrique sans fond en utilisant un spectromètre à double peigne de pointe dans le domaine de l’infrarouge moyen. L’étude a été réalisée au CREOL, le Collège d’optique et de photonique, sous la direction du professeur Konstantin Vodopyanov.

Grâce à ses mesures, Tomberg a montré que la nouvelle technologie améliore le rapport signal / bruit de la spectroscopie d’absorption d’un facteur d’environ cinq par rapport à la spectroscopie d’absorption directe ordinaire. L’avantage obtenu a été limité par la faible puissance optique des lasers utilisés, et le rapport signal sur bruit peut en fait être encore amélioré en utilisant des lasers haute puissance.

Lors de l’étude de la spectroscopie photoacoustique améliorée par cantilever, Tomberg a atteint des sensibilités de détection de niveau avec des performances optiques élevées.

Un concurrent pour les chiens coronavirus?

Les méthodes développées par Tomberg ont un potentiel d’application intéressant.

La combinaison avec la chromatographie en phase gazeuse permet une analyse de plus en plus fiable de mélanges de gaz, même complexes, contenant des composés de poids moléculaires petits et grands. Une telle application serait un nez pour la détection de maladies.

Cependant, l’avantage des chiens est leur capacité à reconnaître les coronavirus même sans que nous sachions exactement quelles molécules ils sentent. Pour qu’un nez artificiel fonctionne comme prévu, les molécules biomarqueurs pertinentes à mesurer doivent d’abord être identifiées.

L’étude ouvre de nouvelles possibilités pour le développement d’appareils pour des applications sur le . Les résultats de Tomberg illustrent comment la spectroscopie d’absorption laser peut être utilisée comme chromatographe de détection avancé, en particulier dans les applications de terrain où la compacité et le fonctionnement sans entretien des lasers sont bénéfiques.


Un seul laser génère des impulsions femtosecondes à double peigne haute puissance


Plus d’information:
Utilisation de l’interférométrie et de la spectroscopie photoacoustique améliorée en porte-à-faux pour la détection de gaz traces sans fond. Helda.helsinki.fi/handle/10138/319590

Fourni par l’Université d’Helsinki

Citation: Un record du de détection de extrêmement bas de contamination gazeuse (2020, 30 octobre) a été consulté le 31 octobre 2020 sur https://phys.org/news/2020-10-world-extremely-gas-impurities.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. Sauf pour le commerce équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif uniquement.

Laisser un commentaire