Se utilizó espectroscopía fotoacústica aplicada a análisis sin antecedentes para medir concentraciones de gases traza pequeñas sin precedentes. Teemu Tomberg de la Universidad de Helsinki desarrolló métodos de detección que permiten medir trazas extremadamente pequeñas de varios gases.

¿Por qué deben medirse concentraciones bajas?

Los gases traza denotan sustancias que se encuentran en cantidades muy bajas en el aire y otros medios. A pesar de sus bajas concentraciones, Los gases traza pueden tener un impacto significativo en las propiedades químicas de los compuestos gaseosos. Por esta razón, su identificación y cuantificación precisas es importante.

En su tesis doctoral, Teemu Tomberg se centró en el desarrollo de métodos de detección de gases traza basados ​​en espectroscopía de absorción láser sin fondo.

"Sin fondo significa que se intenta eliminar cualquier señal interferente que no se origine en el objetivo que se está midiendo, "Dice Tomberg.

Los métodos en cuestión tienen características especiales que los hacen muy adecuados para detectar concentraciones de gas extremadamente bajas. Tales características incluyen escalabilidad con potencia óptica combinada con sensibilidad reducida a las fluctuaciones de potencia óptica.

Rayos láser y ondas sonoras

En su tesis, Tomberg utilizó dos enfoques espectroscópicos:un nuevo método interferométrico para la medición de espectros de absorción de banda ancha sin fondo, y espectroscopía fotoacústica mejorada en voladizo.

La investigación se realizó en el Departamento de Química de la Universidad de Helsinki. Tomberg realizó su trabajo en Laser Spectroscopy Group y sus supervisores fueron líder del Grupo, El profesor asociado Markku Vainio y el profesor Lauri Halonen.

"Realicé las mediciones en la región del infrarrojo medio utilizando varias fuentes de luz láser diferentes, como osciladores paramétricos ópticos, peines de frecuencia óptica y láseres de cascada cuántica, "Dice Tomberg.

Uno de los logros de Tomberg fue la demostración de la nueva técnica de medición interferométrica sin fondo con la ayuda de un espectrómetro de infrarrojo medio de doble peine de última generación. El estudio se realizó en CREOL, la Facultad de Óptica y Fotónica, bajo la supervisión del profesor Konstantin Vodopyanov.

A través de sus medidas, Tomberg demostró que la nueva técnica mejora la relación señal / ruido de la espectroscopia de absorción en aproximadamente un factor de cinco en comparación con la espectroscopia de absorción directa regular. El beneficio obtenido se vio limitado por la baja potencia óptica de los láseres utilizados, y, de hecho, la relación señal / ruido puede mejorarse aún más mediante el uso de láseres de alta potencia.

Al investigar la espectroscopia fotoacústica mejorada en voladizo, Tomberg alcanzó sensibilidades de detección de nivel récord al emplear una alta potencia óptica.

¿Un competidor para los perros con coronavirus?

Los métodos desarrollados por Tomberg tienen un potencial de aplicación interesante.

Combinarlos con cromatografía de gases permite análisis cada vez más fiables de incluso mezclas de gases complejas que contienen compuestos con pesos moleculares pequeños y grandes. Una de esas aplicaciones sería una nariz artificial para detectar enfermedades.

Sin embargo, la ventaja de los perros es su capacidad para detectar el coronavirus incluso sin que sepamos con precisión qué moléculas están oliendo. Para que una nariz artificial funcione según lo previsto, En primer lugar, deben identificarse las moléculas de biomarcadores relevantes que se van a medir.

El estudio abre nuevas vías para el desarrollo de equipos para aplicaciones de campo. Los hallazgos de Tomberg ilustran cómo la espectroscopia de absorción láser se puede utilizar como un cromatógrafo de gases detector avanzado, particularmente en aplicaciones de campo donde la compacidad y el funcionamiento sin mantenimiento de los láseres son útiles.