Investigadores de la Universidad de Stuttgart han desarrollado un novedoso método que permite la detección e identificación en tiempo real de concentraciones muy bajas de gases. Esta técnica, denominada espectroscopia fotoacústica mejorada por control coherente (QEPAS, por sus siglas en inglés), podría ser la base de sensores altamente sensibles aplicables en diversos campos, como el monitoreo ambiental, el análisis del aliento y el control de procesos químicos.
Según Simon Angstenberger, líder del equipo de investigación, la detección de gases en bajas concentraciones es crucial en múltiples sectores. «La mayoría de los gases se encuentran en pequeñas cantidades, por lo que es vital contar con métodos eficaces para su detección», afirmó. A diferencia de otros métodos de detección de gases traza que dependen de la fotoacústica, este nuevo enfoque no está restringido a gases específicos y no requiere un conocimiento previo del gas que podría estar presente.
Avances en el tiempo de detección
En un estudio publicado en la revista Optica, los investigadores reportan la adquisición de un espectro completo de metano, que abarca de 3,050 a 3,450 nanómetros, en apenas tres segundos; un proceso que normalmente tomaría alrededor de 30 minutos. Esta tecnología tiene el potencial de ser utilizada para el monitoreo climático, al permitir la detección de gases de efecto invernadero como el metano, un potente contribuyente al cambio climático. Además, podría aplicarse en la detección temprana de cáncer a través del análisis del aliento y en plantas de producción química para identificar fugas de gases tóxicos o inflamables, así como para el control de procesos.
La espectroscopia identifica químicos, incluidos gases, al analizar sus características únicas de absorción de luz, similar a una «huella digital» para cada gas. Sin embargo, detectar bajas concentraciones de gas rápidamente requiere no solo un láser que pueda ajustarse con rapidez, sino también un mecanismo de detección extremadamente sensible y un control electrónico preciso del tiempo del láser.
La investigación ha utilizado un láser de longitud de onda ajustable de alta velocidad, desarrollado por Stuttgart Instruments GmbH, una empresa derivada de la universidad. Este láser, combinado con la espectroscopia fotoacústica mejorada por control coherente, permite una detección más precisa y estable.
Mediante este nuevo método, se aplicó un «control coherente» que implica ajustar el tiempo de los pulsos del láser para que lleguen al gas en el momento preciso, minimizando así la oscilación del sintonizador de cuarzo. Este enfoque permite que el láser «detenga» la vibración del sintonizador, facilitando la adquisición de mediciones precisas y rápidas.
Los investigadores realizaron pruebas del nuevo método utilizando una mezcla de metano pre-calibrada y demostraron que, al implementar el control coherente, la firma espectral se mantiene clara y sin distorsiones, incluso al escanear rápidamente.
Como siguiente paso, el equipo planea explorar los límites de esta tecnología para determinar su máxima velocidad y la concentración mínima de detección, además de la posibilidad de detectar múltiples gases simultáneamente.
