I ricercatori dell'Università di Houston hanno segnalato una nuova tecnica per determinare la composizione chimica dei materiali utilizzando la luce nel vicino infrarosso.

Il lavoro potrebbe avere una serie di potenziali applicazioni, compreso il miglioramento dell'analisi della perforazione del pozzo nell'industria petrolifera e del gas e l'ampliamento dello spettro della luce solare che può essere raccolta e convertita in elettricità, disse Wei Chuan Shih, professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso l'UH e autore principale di un articolo che descrive la scoperta pubblicato il 22 giugno in Nano lettere .

"Da un punto di vista scientifico, è una scoperta piuttosto nuova eccitare la risonanza plasmonica nel vicino infrarosso e farlo funzionare per noi, " Egli ha detto.

Ciò significa che le sostanze che non possono essere misurate con precisione dai sensori che operano sullo spettro infrarosso possono ora essere studiate in modo molto più dettagliato di quanto fornito dalle attuali tecniche che utilizzano lo spettro del vicino infrarosso.

Oltre a Shih, gli altri autori includono i ricercatori post-dottorato Greggy M. Santos e Oussama Zenasni e gli studenti laureati Fusheng Zhao e Md Masud Parvez Arnob.

Spettroscopia che utilizza lo spettro infrarosso - una tecnica analitica che utilizza la luce infrarossa per scansionare e identificare la composizione chimica dell'organico, polimerici e alcuni materiali inorganici - è uno strumento importante, ma ha dei limiti. La luce infrarossa viene assorbita dall'acqua, quindi la tecnica non funziona con campioni a base d'acqua.

La scansione della luce nel vicino infrarosso è compatibile con l'acqua, ma le tecniche attuali sono meno sensibili di quelle che utilizzano altre lunghezze d'onda.

"Per superare queste barriere, abbiamo sviluppato una nuova tecnica per ottenere simultaneamente il rilevamento dell'indice di rifrazione e chimico nella gamma di lunghezze d'onda NIR (vicino infrarosso) di 1-2,5 μm su dischi di oro nanoporoso (NPG), che presentano hot-spot plasmonici ad alta densità di potenziamento del campo elettrico localizzato, " hanno scritto i ricercatori. "Per la prima volta, La spettroscopia di assorbimento del vicino infrarosso potenziato dalla superficie (SENIRA) è stata dimostrata per il rilevamento chimico ad alta sensibilità."

Shih ha detto che lavorare con la luce nel vicino infrarosso è di solito "un'arma a doppio taglio, " in quanto può essere utilizzato con campioni a base d'acqua ma non fornisce i dettagli necessari. "Abbiamo dimostrato che l'acqua non è un problema, ma possiamo anche aumentare di 10 la sensibilità di ciò che vogliamo misurare, 000 volte, " Egli ha detto.

Lui e i membri del suo laboratorio hanno lavorato con dischi d'oro nanoporosi da quando hanno scoperto la struttura nel 2013. Per questo progetto, ha detto che "si sono sintonizzati, "o progettato, i nanodischi per reagire quando esposti a lunghezze d'onda specifiche, rendendo possibile lo sviluppo di una tecnica di rilevamento con i vantaggi sia della scansione a infrarossi che a quella del vicino infrarosso.

La tecnica è stata testata con vari campioni di petrolio greggio e altri idrocarburi, e Shih ha detto che potrebbe essere utile nell'analisi dei fluidi di fondo pozzo, che utilizza la spettroscopia nel vicino infrarosso per analizzare il materiale trovato in profondità in un pozzo. La tecnica consente ai perforatori di sapere rapidamente cosa c'è sotto terra o fondale marino, ma ha detto che la nuova tecnica potrebbe semplificare il processo perché richiede un campione più piccolo per l'analisi, un evidente vantaggio nella caratterizzazione di laboratorio.

Oliver C. Mullins, un consulente scientifico presso Schlumberger e il principale ideatore dell'analisi dei fluidi di fondo pozzo, ha detto che la scoperta ha un potenziale sia per il laboratorio che per il campo.

"La spettroscopia ottica ha apportato contributi significativi all'industria petrolifera e del gas al di là della caratterizzazione di laboratorio, " ha detto. "In particolare, l'analisi dei fluidi in situ nei pozzi petroliferi basata su sfumature vibrazionali e assorbimento elettronico nelle lunghezze d'onda visibili e nel vicino infrarosso è diventata uno standard industriale nella registrazione di pozzi cablati. SENIRA offre una prospettiva entusiasmante per una potenziale migliore tecnologia dei sensori sia in campo che in laboratorio."

Shih ha detto che i ricercatori stanno pensando a nuovi modi di fare le cose usando la tecnica. "Possiamo fare un sacco di tipizzazione dell'olio con piccole quantità di olio".

Sebbene il documento utilizzi l'analisi della composizione degli idrocarburi come esempio di come potrebbe essere implementata la tecnica, Shih ha detto che può essere applicato a qualsiasi specie molecolare. Quell'ampio potenziale uso, oltre alla novità della tecnica, È perché Nano lettere pubblicato il documento, Egli ha detto.