شناسایی گاز‌های خطرناک در چند ثانیه با فناوری جدید_خبرخوان

دانشمندان روش گسترش یافتهای به نام طیف‌سنجی فوتوآکوستیک کوارتز تحکیم‌شده با کنترل همدوس گسترش داده‌اند که امکان شناسایی و تحلیل گاز‌ها در غلظت‌های زیاد پایین را با شدت و دقت بالا فراهم می‌کند.

به گزارش خبرنگار علمی برنا به نقل از ساینس دیلی، این فناوری نوین که می‌تواند در پایش محیط‌زیست، تشخیص زودهنگام سرطان و ایمنی فرآیند‌های شیمیایی کاربرد داشته باشد، تجزیه و تحلیل گاز‌ها را در زمان چند ثانیه ممکن می‌سازد، فرآیندی که پیش‌تر به زمان زیاد بیشتری نیاز داشت.

تحولی در تشخیص گاز‌های کمیاب

پژوهشگران با اراعه روشی تازه برای شناسایی و تحلیل گاز‌های کمیاب، افق‌های تازه‌ای برای گسترش حسگر‌های حساس و بلادرنگ در حوزه‌هایی همانند پایش محیط‌زیست، تحلیل تنفس در پزشکی و کنترل فرآیند‌های شیمیایی گشوده‌اند.

این روش، که با نام طیف‌سنجی فوتوآکوستیک کوارتز تحکیم‌شده با کنترل همدوس شناخته می‌شود، محدودیت‌های راه حلهای حاضر را پشت سر گذاشته و به حرف های سیمون انگستنبرگر، سرپرست تیم تحقیقاتی دانشگاه اشتوتگارت، نیازی به دانش قبلی درمورد نوع گاز حاضر ندارد و محدود به گاز‌های خاص نیست.

این تیم با منفعت گیری از این فناوری موفق به شناسایی کامل طیف متان (از ۳۰۵۰ تا ۳۴۵۰ نانومتر) در تنها سه ثانیه شدند؛ فرآیندی که طبق معمولً نزدیک به ۳۰ دقیقه زمان می‌برد.

انگستنبرگر او گفت: «این فناوری می‌تواند برای پایش تغییرات اقلیمی از طریق شناسایی گاز‌های گلخانه‌ای همانند متان، که عامل مهمی در تغییرات اقلیمی است، به کار رود. این چنین در تشخیص زودهنگام سرطان از طریق تحلیل تنفس و در کارخانه‌های شیمیایی برای شناسایی نشت گاز‌های سمی یا قابل اشتعال و کنترل فرآیند‌ها کاربرد دارد.»

جهشی فناورانه در طیف‌سنجی

طیف‌سنجی با شناسایی ویژگی‌های جذب نور هر ماده، از جمله گازها، آنها را تحلیل می‌کند؛ این ویژگی‌ها همچون «تاثییر انگشت» برای هر گاز منحصر به فرد می باشند. با این حال، شناسایی سریع گاز‌ها در غلظت‌های پایین، نیازمند لیزری با قابلیت تنظیم سریع طول‌موج و یک مکانیزم حساس تشخیص است.

در این پژوهش، محققان از لیزری زیاد سریع با طول‌موج قابل تنظیم منفعت گیری کردند که توسط شرکت Stuttgart Instruments، یک استارتاپ وابسته به دانشگاه، گسترش یافته است. این چنین از طیف‌سنجی فوتوآکوستیک کوارتز (QEPAS) به‌گفتن مکانیزم حساس تشخیص منفعت گیری شد.

این روش از یک چنگال تنظیم کوارتز برای تشخیص جذب گاز منفعت می‌گیرد که با اندازه‌گیری ارتعاشات الکترونیکی در فرکانس ۱۲,۴۲۰ هرتز، که توسط لیزر تشکیل می‌شود، گاز را شناسایی می‌کند.

انگستنبرگر گفت: «هرچند کیفیت بالای چنگال تنظیم امکان شناسایی غلظت‌های پایین را از طریق تحکیم تشدیدی فراهم می‌کند، اما علتکاهش شدت ثبت داده‌ها می‌شود. برای تسلط بر این مشکل، ما از ترفندی به نام کنترل همدوس منفعت گیری کردیم. با تنظیم دقیق زمان‌بندی پالس‌های لیزر به‌طوری‌که نوسانات چنگال افت یابد، امکان ثبت سریع تر و دقیق‌تر داده‌ها فراهم شد.»

تحولی در شدت شناسایی گاز‌ها

این فناوری با منفعت گیری از طیف‌نگاری فوق سریع و تشخیص اثرات ارتعاشی و چرخشی گازها، قابلیت شناسایی بلادرنگ گاز‌ها را دارد. برخلاف راه حلهای سنتی، که محدود به گاز‌های خاص یا قله‌های جذبی منفرد بودند، این فناوری طیف گسترده‌ای از ۱.۳ تا ۱۸ میکرومتر را پوشش می‌دهد و تقریباً هر گاز کمیابی را می‌تواند شناسایی کند.

پژوهشگران این فناوری را با منفعت گیری از لیزر گسترش‌یافته توسط Stuttgart Instruments و یک سلول گازی QEPAS برای تحلیل مخلوط متان با غلظت ۱۰۰ تکه در میلیون آزمایش کردند. آنها نشان دادند که در راه حلهای سنتی، شدت بالای اسکن علتتاری تاثییر انگشت طیفی می‌شود، اما با روش کنترل همدوس، این تاثییر انگشت کاملاً شفاف و دقیق باقی می‌ماند.

محققان در قدم بعدی تصمیم دارند محدودیت‌های این فناوری را بازدید کنند تا حداکثر شدت و کمترین غلظت قابل تشخیص را تعیین کنند. آنها این چنین به جستوجو منفعت گیری از این روش برای شناسایی همزمان چندین گاز می باشند.

انتهای مطلب/