Pesquisadores da Universidade de Michigan desenvolveram um método baseado em laser que pode ser usado para detectar produtos químicos como explosivos e gases perigosos com rapidez e precisão.

Eventualmente, este método pode ser usado em sistemas instalados em aeroportos, para o monitoramento ambiental de poluentes ou mesmo em campos de batalha, disse o autor Steven Cundiff, professor de física na Faculdade de Letras, Ciência, e as artes. O estudo, conduzido pelo pesquisador de física Bachana Lomsadze, publica hoje em Ciência .

O método de Lomsadze e Cundiff combina duas técnicas que aceleram a detecção de produtos químicos baseada em laser, ao mesmo tempo que o faz com precisão. A primeira técnica é baseada na mesma ideia da espectroscopia de ressonância magnética nuclear, que usa frequências de rádio para identificar a estrutura das moléculas. Aqui, os pesquisadores usam um método chamado espectroscopia coerente multidimensional, ou MDCS. O MDCS usa pulsos de laser ultracurtos para ler tipos de gases como um código de barras. Quando os cientistas refletem os pulsos de laser através da mistura de gases, esses pulsos podem "ler" os comprimentos de onda específicos da luz - ou cor - que gases específicos absorvem.

"Se você tem luz passando pelo gás, e, por exemplo, você usa um prisma para separar a luz branca em luz colorida, no espectro do arco-íris, você veria que haveria listras pretas, "Cundiff disse." Onde as listras pretas estão quase dá a você um código de barras que diz que tipo de molécula está na amostra. "

Os cientistas têm trabalhado em algo semelhante, métodos mais simples. Muitas moléculas importantes têm um espectro muito rico para certas cores de luz - embora as "cores" possam realmente estar no infravermelho, portanto, não são visíveis ao olho humano - o que os torna facilmente identificáveis. Mas isso se torna difícil quando os cientistas tentam identificar gases em uma mistura. Anteriormente, os cientistas confiaram na comparação do que mediram com um catálogo de moléculas, um processo que requer computadores de alto desempenho e uma quantidade significativa de tempo.

"É como tentar ver as impressões digitais de três pessoas uma em cima da outra. Este é um obstáculo para o uso desses métodos em uma situação do mundo real, "Cundiff disse." Nosso método leva cerca de 15 minutos a algumas horas usando abordagens tradicionais para MDCS. "

Para acelerar o processo preservando sua precisão, os pesquisadores do U-M combinaram o MDCS com outro método chamado espectroscopia de pente duplo.

Pentes de frequência são fontes de laser que geram espectros consistindo de linhas nítidas igualmente espaçadas que são usadas como réguas para medir as características espectrais de átomos e moléculas com precisão extremamente alta. Em espectroscopia, usando dois pentes de frequência, conhecido como espectroscopia de pente duplo, fornece uma maneira elegante de adquirir rapidamente um espectro de alta resolução sem elementos móveis mecânicos, como um "cubo de canto, "que são três espelhos dispostos para fazer um canto, usado para refletir um feixe de laser diretamente sobre si mesmo. Esse elemento geralmente limita o tempo que os pesquisadores levam para medir um espectro.

"Esta abordagem pode permitir que o método de espectroscopia coerente multidimensional escape do laboratório e seja usado para aplicações práticas, como detecção de explosivos ou monitoramento de constituintes atmosféricos, "Cundiff disse.

Lomsadze e Cundiff aplicaram seu método a um vapor de átomos de rubídio que continha dois isótopos de rubídio. A diferença de frequência entre as linhas de absorção para os dois isótopos é muito pequena para ser observada usando abordagens tradicionais para MDCS, mas usando pentes, Lomsadze e Cundiff foram capazes de resolver essas linhas e atribuir os espectros dos isótopos com base em como os níveis de energia estavam acoplados uns aos outros. Seu método é geral e pode ser usado para identificar produtos químicos em uma mistura sem saber previamente a composição da mistura.

Próximo, os pesquisadores planejam adicionar um terceiro laser que poderia acelerar ainda mais sua capacidade de identificar gases. Eles também planejam usar lasers com base em fibra óptica para que possam olhar mais longe na luz infravermelha, o que aumentaria o número de produtos químicos que eles seriam capazes de identificar.