Un sensore fotoacustico per 'ascoltare' i gas tossici | Chimici.info

Un sensore fotoacustico per ‘ascoltare’ i gas tossici

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È stato realizzato il primo sensore fotoacustico che permette di rivelare tracce infinitesimali di gas tossici, pari a una manciata di molecole diluite milioni di volte, ascoltandone il suono. Questo minuscolo “diapason al quarzo”, che opera nelle frequenze terahertz, ottimali per identificare gas inquinanti e agenti chimici pericolose, è stato realizzato da un team composto da ricercatori dell’Istituto nanoscienze (Nano-Cnr) e dell‘Istituto di fotonica e nanotecnologie (Ifn-Cnr) del Consiglio nazionale delle ricerche. Pubblicato sul magazine ‘Applied Physics Letters’, lo studio è effettuato è in collaborazione con il Dipartimento interateneo di Fisica dell’Università e del Politecnico di Bari, i Cavendish Laboratories dell’Università di Cambridge e la Scuola normale superiore di Pisa.

Il dispositivo impiega la tecnica della spettroscopia fotoacustica, tra le più sensibili per la rivelazione di tracce gassose. “Sfrutta il fatto che le molecole di un gas illuminate con luce laser intermittente, scaldandosi e raffreddandosi ciclicamente, producono onde sonore che mettono in vibrazione un minuscolo diapason di quarzo in proporzione alla concentrazione di molecole”, spiega Vincenzo Spagnolo dell”Ifn-Cnr e Politecnico di Bari. “Solitamente per far ‘suonare’ le molecole si impiega luce infrarossa, ma nel nostro esperimento è stato usato per la prima volta un laser con frequenza terahertz, ideale per il riconoscimento specifico di molte sostanze chimiche”.

In questo range tra l’infrarosso e le microonde, “molti materiali di interesse strategico tra cui agenti inquinanti, gas tossici e vapori di sostanze esplosive, possono essere identificati più efficacemente poiché hanno uno spettro di assorbimento ben specifico, una sorta di impronta digitale inequivocabile”, illustra Miriam Serena Vitiello di Cnr-Nano di Pisa. “Operare nel terahertz è una possibilità del tutto nuova, è un po’ come se avessimo ‘accordato’ il sensore”.

Per l’esperimento i ricercatori hanno realizzato ad hoc un prototipo di quarzo di appena tre centimetri. “Il diapason funge da rivelatore eliminando la necessità dei tipici rivelatori: costosi, ingombranti e che devono operare a temperature criogeniche”, conclude Vitiello. “Il prototipo ora ha una sensibilità di sette parti per milione, il passo successivo sarà usare laser più potenti e diapason con dimensioni e forma ottimizzate. L’obiettivo è ottenere un sensore compatto, trasportabile ed economico per misure in situ e in tempo reale, nei campi dell’indagine ambientale e della sicurezza, in grado di rivelare molecole diluite decine di miliardi di volte”.

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