Análisis químicos más rápidos y precisos que nunca
Un nuevo método espectroscópico: pulsos de luz ultracortos permiten una "nariz artificial" de alta precisión
Ya sea para analizar muestras ambientales en la naturaleza o para controlar un experimento químico, a menudo se necesitan sensores muy sensibles que puedan "olfatear" incluso trazas minúsculas de un determinado gas con extrema precisión. Para ello se utilizan a menudo variantes de la espectroscopia Raman: distintas moléculas reaccionan de formas muy características a la luz de diferentes longitudes de onda. Si se irradia una muestra con la luz adecuada y se mide exactamente cómo la luz es modificada por la muestra, se puede averiguar si ésta contiene o no un determinado gas.
Hongtao Hu y Vinzenz Stummer
Technische Universität Wien
Sin embargo, científicos de la TU Wien (Viena) han dado ahora un importante paso adelante en este campo: se ha desarrollado un nuevo método para generar y controlar con precisión la luz adecuada para tales experimentos. Esto no sólo permite una precisión mucho mayor que antes, sino que además el método funciona sin piezas móviles y, por tanto, es mucho más rápido que las mejores tecnologías existentes hasta la fecha. El método se ha publicado ahora en la revista "Light: Science and Applications".
Emisión Raman estimulada: átomos oscilantes
La base de la nueva tecnología es la llamada "emisión Raman estimulada", un proceso físico cuántico en el que intervienen varios fotones simultáneamente. Se irradia una muestra con luz de dos longitudes de onda ligeramente diferentes. Por tanto, una molécula de la muestra puede ser alcanzada simultáneamente por dos fotones con cantidades de energía ligeramente diferentes. Entonces puede ocurrir que el fotón de alta energía y el fotón de menor energía se conviertan de repente en dos fotones de menor energía: la diferencia de energía restante hace que la molécula tenga de repente un poco más de energía que antes. Se puede estimular a los átomos de la molécula para que se tambaleen o giren, por ejemplo.
Esto significa que el número de fotones de mayor energía ha disminuido y el número de fotones de menor energía ha aumentado. Así es precisamente como se puede saber que la molécula que se busca estaba realmente en la muestra.
"Normalmente, sin embargo, este es un proceso laborioso", explica Hongtao Hu, del Instituto de Fotónica de TU Wien, primer autor del trabajo actual. "Hay que probar cuidadosamente una longitud de onda tras otra, por ejemplo, dirigiendo la luz a un cristal y luego girando lentamente el ángulo o cambiando la temperatura del cristal para que la muestra reciba el impacto de muchas longitudes de onda diferentes a lo largo del tiempo".
Pulsos láser de femtosegundo
En la TU Wien, sin embargo, el grupo de investigación del Prof. Andrius Baltuska cooperó con el Dr. Xinhua Xie, del SwissFEL del Instituto Paul Scherrer (Suiza), y el Prof. Alexei Zheltikov, del Departamento de Física y Astonomía de la Universidad de Texas A&M (EE.UU.), para medir el Raman utilizando una fuente de luz especial. El grupo de Andrius Baltuska llevaba años trabajando en esta fuente de luz. Hongtao Hu y los coautores han podido demostrar ahora, mediante exhaustivas simulaciones por ordenador, que puede alcanzar una precisión muy superior a la de los métodos convencionales. "No producimos sólo una longitud de onda, sino una serie de pulsos de luz ultracortos", explica el profesor Andrius Baltuska. "Cada uno de estos pulsos tiene una duración en el rango de los femtosegundos".
Estas series de pulsos de luz no tienen una longitud de onda específica, sino que se componen de muchas longitudes de onda diferentes. El factor decisivo es la fase de las ondas luminosas, es decir, la posición de las crestas y las depresiones de las ondas. "Cambiando la fase, podemos desplazar un poco al mismo tiempo todas las longitudes de onda que componen el pulso", explica Hongtao Hu. "Entonces se obtiene una señal Raman en longitudes de onda muy específicas, pero no en otras. Por tanto, nuestro método nos permite examinar un rango de ondas específico de una forma muy elegante, sin tener que ajustar ninguna pieza móvil. En principio, esto nos permite diferenciar entre moléculas muy distintas".
Mayor resolución espectral que nunca
pudo demostrar Hongtao Hu: Cuanto más larga sea la serie de pulsos de luz, mayor será la precisión: "Por tanto, con una serie de muchos pulsos individuales se puede conseguir una resolución espectral mucho mayor que nunca", afirma Hongtao Hu. En principio, también es posible distinguir entre sí las transiciones Raman procedentes de moléculas diferentes, cuyas señales parecían casi exactamente iguales si la resolución espectral no es suficientemente alta. Las posibles aplicaciones de la nueva tecnología van desde el análisis medioambiental hasta la garantía de calidad en la industria química y la obtención de imágenes biológicas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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