Uma nova técnica para monitorar continuamente o tamanho e as propriedades ópticas de partículas individuais no ar pode oferecer uma maneira melhor de monitorar a poluição do ar. É especialmente promissor para a análise de partículas finas medindo menos de 2,5 mícrons (PM2,5), que pode atingir profundamente os pulmões e causar problemas de saúde.

“A poluição do ar se tornou um problema essencial em muitos países, "disse o líder da equipe de pesquisa Shangran Xie do grupo do Prof. Philip Russell no Instituto Max Planck para a Ciência da Luz na Alemanha." Como nossa configuração é muito simples e compacta, deve ser possível transformá-lo em um dispositivo de mesa para monitorar continuamente PM2.5 aerotransportado em áreas urbanas e instalações industriais. "

No jornal The Optical Society (OSA) Optics Express , os pesquisadores descrevem como usaram forças ópticas para capturar automaticamente partículas no ar e impulsioná-las em uma fibra de núcleo oco para análise. A abordagem supera várias limitações dos métodos existentes, oferecendo alta reprodutibilidade, resultados em tempo real e uma vida útil ilimitada do dispositivo.

"O recurso mais exclusivo de nossa técnica é que ela pode contar o número de partículas - que está relacionado ao nível de poluição - ao mesmo tempo em que fornece informações detalhadas em tempo real sobre a distribuição do tamanho das partículas e a dispersão química, "disse Xie." Esta informação adicional pode ser útil para o monitoramento rápido e contínuo da poluição em áreas sensíveis, por exemplo."

Capturando partículas com luz

Para a nova abordagem de análise, partículas suspensas no ar são aprisionadas dentro de um feixe de laser por forças ópticas e impulsionadas para a frente por pressão de radiação. A força de aprisionamento é forte o suficiente para superar a força gravitacional que atua em partículas muito pequenas, como PM2.5, e alinha automaticamente as partículas com uma fibra de cristal fotônico de núcleo oco. Essas fibras especiais apresentam um núcleo central oco e circundado por uma microestrutura de vidro que confina a luz dentro da fibra.

Uma vez alinhado, a luz do laser impulsiona a partícula para a fibra, fazendo com que a luz do laser dentro da fibra se espalhe e crie uma redução detectável na transmissão da fibra. Os pesquisadores desenvolveram um novo algoritmo de processamento de sinal para recuperar informações úteis dos dados de espalhamento de partículas em tempo real. Após a detecção, a partícula simplesmente é ejetada da fibra sem degradar o dispositivo.

"O sinal de transmissão da fibra também nos permite medir o tempo de voo, que é o tempo que a partícula leva para viajar através da fibra, "disse Abhinav Sharma, o aluno de doutorado que trabalha neste projeto. "A queda na transmissão da fibra junto com a informação do tempo de vôo nos permite calcular sem ambigüidade o tamanho da partícula e o índice de refração. O índice de refração pode ajudar na identificação do material da partícula porque esta propriedade ótica já é conhecida para a maioria dos poluentes comuns."

Medidas de precisão

Os pesquisadores testaram sua técnica usando partículas de poliestireno e sílica de vários tamanhos diferentes. Eles descobriram que o sistema poderia separar precisamente os tipos de partículas e medir a partícula de sílica de 0,99 mícron com uma resolução de até 18 nanômetros.

Os pesquisadores planejam testar a capacidade do sistema de analisar partículas que são mais comumente encontradas na atmosfera. Eles também querem demonstrar a capacidade da técnica de realizar medições em líquidos, o que seria útil para o monitoramento da poluição da água. Eles registraram uma patente sobre esta técnica e planejam continuar a desenvolver protótipos de dispositivos, como os que podem ser usados ​​para monitorar a poluição do ar fora do laboratório.