Un nuevo avance promete aumentar la sensibilidad de los espectrómetros de alta resolución que realizan análisis químicos utilizando longitudes de onda de terahercios. Esta mayor sensibilidad podría beneficiar a muchas aplicaciones, como el análisis de las complejas mezclas de gases que se encuentran en las emisiones industriales y la detección de biomarcadores de enfermedades en el aliento de los pacientes. También podría conducir a nuevas formas de detectar el deterioro de los alimentos mediante la detección de gases.

En Optica , La revista de la Optical Society (OSA) para investigaciones de alto impacto, Investigadores dirigidos por Gaël Mouret de la Université du Littoral-Côte d "Opale en Francia informan sobre una nueva cavidad óptica de alto rendimiento para frecuencias de terahercios. Utilizaron esta cavidad para demostrar la primera espectroscopia de cavidad mejorada convincente realizada con frecuencias de terahercios.

Las frecuencias de terahercios se encuentran entre las microondas y las ondas de luz infrarroja en el espectro electromagnético. Para análisis espectroscópico de gases, Las frecuencias de terahercios mejoran la capacidad de distinguir entre moléculas en una muestra y de detectar una amplia variedad de moléculas. Sin embargo, la tecnología necesaria para hacer un uso completo de estas frecuencias aún está en desarrollo.

"Varios estudios han utilizado frecuencias de terahercios para analizar gases industriales emitidos a la atmósfera, pero todos se han visto obstaculizados por la falta de sensibilidad, ", dijo el miembro del equipo de investigación Francis Hindle." Nuestra nueva cavidad óptica ampliará los tipos de moléculas que pueden identificarse con espectroscopía de fase gaseosa de terahercios y mejorará el nivel de detección factible ".

Sensibilidad creciente

Los investigadores utilizaron componentes recientemente disponibles para construir una cavidad óptica de terahercios de alta finura, una disposición de espejos y una guía de ondas que confina la luz para que se refleje varias veces. Las cavidades ópticas de alta delicadeza exhiben una pérdida de luz muy baja y, por lo tanto, permiten que la luz rebote entre los espejos más veces antes de salir de la cavidad. Los nuevos componentes incluían una guía de ondas corrugada circular de baja pérdida y dos espejos fotónicos altamente reflectantes especialmente diseñados para funcionar bien en frecuencias de terahercios.

Para espectroscopia mejorada por cavidades, se coloca una mezcla de gas en la cavidad óptica donde interactúa con la luz del interior. La nueva cavidad permite que las ondas de terahercios reboten unas 3000 veces antes de salir. Esto significa que las moléculas bajo análisis interactúan con las frecuencias de terahercios a una distancia efectiva de aproximadamente un kilómetro dentro de un resonador de solo 50 centímetros de largo. Mientras las olas rebotan pueden ser absorbidos muchas veces por cualquier molécula presente, permitiendo una medición muy sensible.

"Una cavidad con esta delicadeza no había estado disponible anteriormente en frecuencias de terahercios, ", dijo Hindle." Este avance permite que las frecuencias de terahercios se apliquen a muchas técnicas altamente sensibles que ya se utilizan en el infrarrojo ".

Detectando moléculas raras

Para demostrar la espectroscopia mejorada por cavidad de un gas con su nuevo dispositivo, los investigadores analizaron una muestra de gas sulfuro de carbonilo, que se encuentra naturalmente en la atmósfera. Aunque la muestra de gas contenía muchos isótopos de sulfuro de carbonilo, los investigadores pudieron medir un isótopo muy raro presente en una concentración de solo una molécula por 50, 000 moléculas. La medición de las proporciones de diferentes isótopos químicos en una muestra se puede utilizar para determinar la fuente de un contaminante.

Los investigadores planean expandir el rango de frecuencias del espectrómetro para que pueda usarse para analizar moléculas y mezclas aún más complejas.

"Nuestra investigación muestra que ahora es posible construir fácilmente cavidades de terahercios de alta finura y usarlas para la medición de gases a alta resolución, ", dijo Hindle." Esto podría contribuir a mejorar el control de una gran variedad de gases presentes en cantidades muy bajas para aplicaciones que van desde la contaminación ambiental e industrial hasta la medicina ".