Investigadores de la Universidad de Houston han informado sobre una nueva técnica para determinar la composición química de materiales utilizando luz infrarroja cercana.

El trabajo podría tener varias aplicaciones potenciales, incluida la mejora del análisis de perforación de fondo de pozo en la industria del petróleo y el gas y la ampliación del espectro de luz solar que se puede recolectar y convertir en electricidad, dijo Wei-Chuan Shih, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en UH y autor principal de un artículo que describe el descubrimiento publicado el 22 de junio en Nano letras .

"Desde un punto de vista científico, es un descubrimiento bastante novedoso excitar la resonancia plasmónica en el infrarrojo cercano y hacer que funcione para nosotros, " él dijo.

Eso significa que las sustancias que no pueden medirse con precisión mediante sensores que operan en el espectro infrarrojo ahora pueden estudiarse con mucho más detalle que el que proporcionan las técnicas actuales que utilizan el espectro infrarrojo cercano.

Además de Shih, los otros autores incluyen a los investigadores postdoctorales Greggy M. Santos y Oussama Zenasni y los estudiantes graduados Fusheng Zhao y Md Masud Parvez Arnob.

Espectroscopía que utiliza el espectro infrarrojo:una técnica analítica que utiliza luz infrarroja para escanear e identificar la composición química de orgánicos, materiales poliméricos y algunos inorgánicos - es una herramienta importante, pero tiene limitaciones. La luz infrarroja es absorbida por el agua, por lo que la técnica no funciona con muestras a base de agua.

El escaneo de luz infrarroja cercana es compatible con agua, pero las técnicas actuales son menos sensibles que las que utilizan otras longitudes de onda.

"Para superar estas barreras, Hemos desarrollado una técnica novedosa para obtener simultáneamente la detección del índice químico y de refracción en un rango de longitud de onda NIR (infrarrojo cercano) de 1-2,5 μm en discos de oro nanoporoso (NPG), que presentan puntos calientes plasmónicos de alta densidad de mejora del campo eléctrico localizado, "escribieron los investigadores". Por primera vez, Se ha demostrado que la espectroscopia de absorción en el infrarrojo cercano mejorada en la superficie (SENIRA) permite la detección de sustancias químicas de alta sensibilidad ".

Shih dijo que trabajar con luz infrarroja cercana suele ser "un arma de doble filo, "ya que se puede utilizar con muestras a base de agua, pero no proporciona los detalles necesarios". Demostramos que el agua no es un problema, pero también podemos aumentar la sensibilidad de lo que queremos medir en 10, 000 veces, " él dijo.

Él y los miembros de su laboratorio han trabajado con discos de oro nanoporosos desde que descubrieron la estructura en 2013. Para este proyecto, dijo que "sintonizaron, "o diseñado, los nanodiscos para reaccionar cuando se exponen a longitudes de onda específicas, lo que permite desarrollar una técnica de detección con las ventajas del escaneo infrarrojo y cercano al infrarrojo.

La técnica fue probada con varias muestras de petróleo crudo y otros hidrocarburos, y Shih dijo que podría ser útil en el análisis de fluidos de fondo de pozo, que utiliza espectroscopia de infrarrojo cercano para analizar el material que se encuentra en las profundidades de un pozo. La técnica permite a los perforadores saber rápidamente qué hay debajo del suelo o del lecho marino, pero dijo que la nueva técnica podría simplificar el proceso porque requiere una muestra más pequeña para el análisis, una ventaja obvia en la caracterización de laboratorio.

Oliver C. Mullins, un asesor científico de Schlumberger y el creador principal del análisis de fluidos de fondo de pozo, dijo que el descubrimiento tiene potencial tanto para el laboratorio como para el campo.

"La espectroscopia óptica ha realizado contribuciones significativas en la industria del petróleo y el gas más allá de la caracterización de laboratorio, ", dijo." En particular, El análisis de fluidos in situ en pozos de petróleo basado en connotaciones vibratorias y absorción electrónica en las longitudes de onda visible e infrarroja cercana se ha convertido en un estándar de la industria en el registro de pozos con cable. SENIRA ofrece una perspectiva emocionante para una posible mejor tecnología de sensores tanto en el campo como en el laboratorio ".

Shih dijo que los investigadores están pensando en nuevas formas de hacer las cosas utilizando la técnica. "Podemos hacer una gran cantidad de tipificación de aceite con pequeñas cantidades de aceite".

Aunque el artículo utiliza el análisis de la composición de hidrocarburos como ejemplo de cómo se podría implementar la técnica, Shih dijo que se puede aplicar a cualquier especie molecular. Ese amplio uso potencial, además de la novedad de la técnica, es porque Nano letras publicó el artículo, él dijo.