A espectroscopia fotoacústica aplicada a análises sem fundo foi usada para medir concentrações de gases traço sem precedentes. Teemu Tomberg, da Universidade de Helsinque, desenvolveu métodos de detecção que tornam possível medir vestígios extremamente pequenos de vários gases.

Por que baixas concentrações devem ser medidas?

Os gases traço denotam substâncias que ocorrem em quantidades muito baixas no ar e em outros meios. Apesar de suas baixas concentrações, gases traço podem ter um impacto significativo nas propriedades químicas dos compostos gasosos. Por esta razão, sua identificação e quantificação precisas são importantes.

Em sua tese de doutorado, Teemu Tomberg se concentrou no desenvolvimento de métodos de detecção de gases traço baseados em espectroscopia de absorção a laser sem fundo.

"Livre de fundo significa que uma tentativa é feita para eliminar quaisquer sinais de interferência não originados do alvo sendo medido, "Tomberg diz.

Os métodos em questão têm características especiais que os tornam adequados para detectar concentrações de gás extremamente baixas. Essas características incluem escalabilidade com potência ótica combinada com sensibilidade reduzida a flutuações de potência ótica.

Feixes de laser e ondas sonoras

Em sua tese, Tomberg utilizou duas abordagens espectroscópicas:um novo método interferométrico para a medição de espectros de absorção de banda larga sem fundo, e espectroscopia fotoacústica melhorada com cantilever.

A pesquisa foi realizada no Departamento de Química da Universidade de Helsinque. Tomberg realizou seu trabalho no Grupo de Espectroscopia Laser e seus supervisores foram os líderes do Grupo, Professor associado Markku Vainio e Professor Lauri Halonen.

"Conduzi as medições na região do infravermelho médio usando várias fontes de luz laser diferentes, como osciladores paramétricos ópticos, pentes de frequência óptica e lasers em cascata quântica, "Tomberg diz.

Entre as realizações de Tomberg estava a demonstração da nova técnica de medição interferométrica sem fundo com a ajuda de um espectrômetro de infravermelho médio de ponta dupla. O estudo foi realizado no CREOL, a Faculdade de Óptica e Fotônica, sob a supervisão do Professor Konstantin Vodopyanov.

Por meio de suas medições, Tomberg demonstrou que a nova técnica melhora a relação sinal-ruído da espectroscopia de absorção em aproximadamente um fator de cinco em comparação com a espectroscopia de absorção direta regular. O benefício obtido foi restringido pela baixa potência óptica dos lasers usados, e a relação sinal-ruído pode, de fato, ser melhorada com o uso de lasers de alta potência.

Na investigação da espectroscopia fotoacústica melhorada com cantilever, Tomberg atingiu sensibilidades de detecção de nível recorde, empregando alta potência óptica.

Um competidor para cães com coronavírus?

Os métodos desenvolvidos por Tomberg têm potencial interessante para aplicações.

Combiná-los com a cromatografia gasosa permite análises cada vez mais confiáveis, mesmo de misturas gasosas complexas contendo compostos com pesos moleculares pequenos e grandes. Uma dessas aplicações seria um nariz artificial para detectar doenças.

Contudo, a vantagem dos cães é sua capacidade de detectar o coronavírus, mesmo sem que saibamos exatamente quais moléculas eles estão cheirando. Para um nariz artificial funcionar como pretendido, as moléculas biomarcadoras relevantes a serem medidas devem primeiro ser identificadas.

O estudo abre novos caminhos para o desenvolvimento de equipamentos para aplicações de campo. As descobertas de Tomberg ilustram como a espectroscopia de absorção a laser pode ser utilizada como um cromatógrafo de gás detector avançado, particularmente em aplicações de campo onde a compactação e a operação livre de manutenção dos lasers são úteis.