La luce solare ha una grande influenza sui processi chimici. In particolare la sua radiazione UV ad alta energia viene fortemente assorbita da tutti i materiali e innesca reazioni fotochimiche delle sostanze presenti nell'aria. Un esempio ben noto è la formazione di ozono a livello del suolo quando la luce UV colpisce gli ossidi di azoto.
Un gruppo di ricerca guidato da Birgitta Schultze-Bernhardt dell'Istituto di fisica sperimentale dell'Università tecnologica di Graz (TU Graz) sta ora utilizzando questo elevato potenziale di reazione per un nuovo metodo di monitoraggio ambientale. Hanno sviluppato il primo spettrometro UV a doppio pettine a banda larga al mondo con cui è possibile misurare continuamente gli inquinanti atmosferici e osservare la loro reazione con l'ambiente in tempo reale.
Un articolo sullo sviluppo è stato pubblicato sulla rivista Optica .
Gli spettrometri a doppio pettine esistono da quasi 20 anni. Qui una sorgente emette luce in un ampio intervallo di lunghezze d'onda che, se disposte secondo le sue frequenze ottiche, ricordano i denti di un pettine. Se questa luce penetra in un campione di materiale gassoso, le molecole in esso contenute assorbono parte della luce. Le lunghezze d'onda della luce alterate consentono di trarre conclusioni sugli ingredienti e sulle proprietà ottiche del gas analizzato.
La particolarità dello spettrometro sviluppato da Birgitta Schultze-Bernhardt è che un sistema laser emette doppi impulsi luminosi nello spettro ultravioletto. Quando questa luce UV incontra le molecole di gas, le eccita elettronicamente e le fa anche ruotare e vibrare, le cosiddette transizioni rovibroniche, che sono uniche per ciascuna sostanza gassosa.
Inoltre, lo spettrometro UV a doppio pettine a banda larga combina tre proprietà che gli spettrometri convenzionali finora sono stati in grado di offrire solo in parte:
"Ciò rende il nostro spettrometro adatto per misurazioni sensibili grazie alle quali è possibile osservare in modo molto preciso i cambiamenti nelle concentrazioni di gas e il corso delle reazioni chimiche", spiega Lukas Fürst, Ph.D. studente del gruppo di lavoro Coherent Sensing e primo autore della pubblicazione.
Sviluppato e testato utilizzando la formaldeide come esempio
I ricercatori hanno sviluppato e testato il loro spettrometro utilizzando formaldeide. L'inquinante atmosferico viene prodotto quando vengono bruciati combustibili fossili e legno, nonché negli ambienti chiusi attraverso i vapori degli adesivi utilizzati nei mobili.
"Con il nostro nuovo spettrometro è possibile monitorare in tempo reale le emissioni di formaldeide nell'industria tessile o nella lavorazione del legno, nonché nelle città con livelli di smog elevati, migliorando così la protezione del personale e dell'ambiente", spiega Birgitta Schultze-Bernhardt.
L'applicazione dello spettrometro può essere trasferita anche ad altri inquinanti atmosferici come gli ossidi di azoto, l'ozono e altri gas traccia rilevanti per il clima. Il gruppo di ricerca spera che ciò fornisca nuove scoperte sui loro effetti nell’atmosfera. Sulla base di ciò, potrebbero essere derivate nuove strategie per migliorare la qualità dell'aria.
Ulteriori informazioni: Lukas Fürst et al, Spettroscopia a doppio pettine nel vicino ultravioletto a banda larga, Optica (2024). DOI:10.1364/OTTICA.516783
Informazioni sul giornale: Ottica
Fornito dal Politecnico di Graz
