El Análisis Espectroscópico

Por Luca Fiorani
Investigador de la Agencia Italiana para Nuevas Tecnologías, Energía y Desarrollo Sustentable
Especialista en Diagnósticos Ambientales mediante Técnicas Láser

Durante los años 90 una técnica habitual para el diagnóstico y monitoreo ambiental en aire y agua era el láser de colorante bombeado por un láser de Excímero. Este sistema se debía emplear sólo en laboratorio debido a que requería una manipulación cautelosa y su operación era compleja: utilizaba un medio activo líquido en el cual era disuelto un colorante canceroso y degradable, que en segundos era capaz de generar un gas tóxico y corrosivo.

Recientemente, el avance tecnológico y el desarrollo de algunos Osciladores Paramétricos Ópticos
(OPOs) con ancho de banda estrecha, han permitido sustituir el láser de colorante por el sistema móvil de espectroscopia láser OPO. Este método tiene la ventaja de que se puede instalar en medios de transporte como camiones y barcos, lo que ha dado paso al uso de laboratorios móviles y, con ello, a la realización de mediciones directas en terreno. Este avance se debe a que el sistema móvil láser OPO es ligero y compacto, y utiliza un medio sólido que ha permitido el control computacional de la alineación óptica, y la estabilización del sistema respecto a variaciones de humedad y temperatura.

Actualmente, esta tecnología opera con éxito en el monitoreo y análisis de variables atmosféricas y acuáticas, siendo muy útil para estudios de calidad de aire y agua, estudios atmosféricos y marinos, monitoreo de contaminación, y monitoreo de plumas de erupciones volcánicas y nubes tóxicas, entre otras aplicaciones.

La técnica de la espectroscopia láser móvil-OPO, y específicamente el Radar Láser o Lidar, ofrece las siguientes ventajas respecto a otros sistemas de monitoreo ambiental, láser y convencional:

• Permite medir distancias.
• Posibilita la medición continua del perfil de concentración de un contaminante en una distancia considerable y con buena resolución espacial y temporal.
• Mide sin extracción de muestras, eliminando así el riesgo de alterar el aire que será analizado.
• Los resultados se entregan como una faja de 10 a 100 metros de ancho, poco sensible a efectos locales.
• Tiene capacidad de análisis de la dinámica físico-química de la atmósfera y medio marino o acuático.

Funcionamiento

Un Lidar está escencialmente compuesto por un transmisor (láser pulsado) y un receptor (telescopio). Su principio de funcionamiento se ilustra en la figura 1: Los dispersores a una distancia R del sistema mandan una parte del impulso de láser hacia A, la superficie activa del telescopio. El análisis del intervalo de tiempo (t) entre la emisión y la detección de la señal, permite el estudio de las propiedades ópticas del medio (atmósfera/agua) y de sus cambios en el tiempo.

Los coeficientes de retrodispersión y de extinción dependen de la interacción entre la radiación láser y la materia del medio, por lo cual a partir de las propiedades ópticas del medio es posible analizar sus componentes.

Para medir las concentraciones de moléculas y átomos (monitoreo de gases, contaminación, vapor de agua, etc.) se requiere una fuente calibrable de banda estrecha como el Lidar de Absorción Diferencial (DIAL ), dado que las moléculas atmosféricas generalmente tienen líneas de absorción estrechas (alrededor de 0,1 cm-1).

El sistema DIAL se basa en la detección de fotones retrodispersados de impulsos transmitidos a la atmósfera en dos longitudes de onda diferentes.


Lea este artículo completo en InduAmbiente Nº 126 (enero-febrero 2014), páginas 60 a 64.