A TU Graz desenvolve um dispositivo móvel para a medição de alta precisão de poluentes atmosféricos
Um dispositivo do tamanho de uma caixa de mudança pode detetar vestígios de gases tóxicos a quilómetros de distância
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O espetrómetro UV de duplo pente detecta gases nocivos com uma precisão e sensibilidade inigualáveis. O design compacto permite a utilização móvel para monitorizar a qualidade do ar com um alcance de vários quilómetros.
Birgitta Schultze-Bernhardt e a sua equipa do Instituto de Física Experimental da Universidade de Tecnologia de Graz (TU Graz) desenvolveram um novo tipo de espetrómetro UV de duplo pente que detecta gases poluentes do ar com uma precisão e sensibilidade inigualáveis. Utilizando luz laser dupla ultravioleta, o dispositivo mede a concentração de gases nocivos, como o formaldeído, em meio segundo. Graças ao seu design compacto e a um alcance de medição de até dois quilómetros e meio, o espetrómetro não é apenas adequado para análises laboratoriais, mas também para medições móveis em cidades, áreas industriais e regiões agrícolas.
Impressão digital dos poluentes
Como ponto de partida para a sua medição, o dispositivo gera dois impulsos de laser na gama espetral ultravioleta em fracções de segundo. Quando esta luz UV atinge as moléculas de gás, excita-as eletronicamente e provoca a sua rotação e vibração - os físicos chamam a isto transições rovibrónicas. Estas transições são diferentes para cada substância gasosa e absorvem parte da luz laser de uma forma única. "Cada poluente atmosférico tem, portanto, a sua própria impressão digital, que o nosso espetrómetro UV de duplo pente reconhece", afirma Birgitta Schultze-Bernhardt.
Schultze-Bernhardt e a sua equipa desenvolveram a primeira versão do seu espetrómetro há cerca de dois anos. Na altura, era o primeiro do seu género no mundo, mas eram necessárias grandes instalações laboratoriais para as medições. A nova versão foi reduzida ao tamanho de uma caixa de cartão. Uma das razões para tal é o facto de uma fonte laser em vez de duas gerar agora o duplo impulso laser. "Isto também nos permite dispensar a complexa estabilização eletrónica do sistema", explica Birgitta Schultze-Bernhardt.
Resolução de 1 GHz
O novo espetrómetro pode detetar as frequências da luz UV com uma resolução de 1 GHz, superando assim significativamente todos os espectrómetros UV convencionais. Isto permitiu aos investigadores obter novos conhecimentos fundamentais sobre a absorção de luz UV do poluente atmosférico formaldeído: "Medimos padrões de absorção de formaldeído que nunca tinham sido observados experimentalmente, uma vez que a resolução de quaisquer dispositivos anteriores era demasiado imprecisa", afirma Birgitta Schultze-Bernhardt.
Constantes rotacionais de 57 anos corrigidas
As medições em Graz mostraram que as constantes rotacionais do formaldeído, que estão disponíveis em bases de dados e livros de física desde os anos 60, estão incorrectas. "Em colaboração com o Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Atomic and Molecular Physics, nos EUA, corrigimos os valores deste parâmetro fundamental, específico da molécula, até 15%", afirma Birgitta Schultze-Bernhardt. A colaboração com Rolf Breinbauer do Instituto de Química Orgânica da TU Graz, que produziu formaldeído de alta pureza para as investigações num processo de duas fases, também contribuiu para este progresso na investigação básica.
Aplicação na proteção ambiental
Para além da investigação fundamental, o espetrómetro tem potencial para tornar muito mais precisa e fácil a medição de poluentes atmosféricos e fugas de gás nas cidades e zonas industriais. "Em princípio, o nosso dispositivo pode detetar com precisão qualquer substância gasosa semi-transparente. E estamos atualmente a trabalhar para determinar a concentração de vários poluentes com uma única medição", afirma Birgitta Schultze-Bernhardt. Financiada por uma bolsa de prova de conceito do Conselho Europeu de Investigação, a física experimental está também a desenvolver um espetrómetro UV que pode ser utilizado por leigos para monitorizar a qualidade do ar, por exemplo, em empresas ou autoridades ambientais.
Financiado pelo Fundo Austríaco para a Ciência, ERC e NAWI Graz
O desenvolvimento do espetrómetro UV de duplo pente baseia-se em projectos de investigação liderados por Birgitta Schultz-Bernhardt, que foram financiados pelo Fundo Austríaco para a Ciência FWF e pelo Conselho Europeu de Investigação. A iniciativa de cooperação NAWI Graz financiou a nova fonte laser do espetrómetro atual como parte do seu financiamento de infra-estruturas.
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