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Laboratorio di Spettroscopia Molecolare

Referente: Dr. Gianfranco Giubileo
gianfranco.giubileo@enea.it

Tel: +39-06 9400 5768
Il Laboratorio di Spettroscopia Molecolare SPEMOL di UTAPRAD-DIM si occupa dello sviluppo e applicazione di sistemi per spettroscopia laser applicati alla rivelazione di tracce di sostanze gassose e composti organici. L'esperienza del Laboratorio riguarda soprattutto l'uso della spettroscopia ad alta risoluzione per effetto fotoacustico (LPAS) nella diagnostica noninvasiva. Sono stati realizzati studi fattibilità in campi che vanno dalla biomedicina alla security, all'agroalimentare con apparati spettroscopici sperimentali "home built". LPAS è una tecnica analitica non influenzata dalla presenza di particelle diffondenti; inoltre il segnale PA è generato dalla sola porzione di fascio laser effettivamente assorbita, il che consente la misura di segnali molto deboli limitata solo dal rumore di sottofondo. Questa tecnica consente la registrazione di spettri di assorbimento anche per materiali solidi opachi.


Fig. 1: apparato LPAS


Strumentazione LPAS

L'apparato LPAS realizzato nel nostro Laboratorio è attualmente equipaggiato con un laser a CO2 da 15 Watt cw stabilizzato in frequenza e sintonizzabile su 40 righe di emissione nell'intervallo 9-11 mm. L'ampiezza spettrale della riga laser è pari a 75 MHz. Un'immagine dell'apparato LPAS è riportata nella Fig.1. L'elevata sensibilità (0.2 ppbv per l'etilene) e il breve tempo di risposta (pochi minuti) consentono un reale monitoraggio online di etilene a livelli di concentrazione molto bassi, difficile da realizzare con altri metodi. Una cella PA risonante per campioni gassosi (fattore di qualità Q=16.5) è mostrata nella Fig.2, è l'oggetto cilindrico orizzontale in primo piano; il risonatore viene eccitato nel primo modo longitudinale.

Fig. 2: Cella PA risonante per campioni gassosi


Rivelazione di esplosivi

Nell'ambito del Progetto Europeo Isotrex, per ricerche afferenti alla sicurezza nazionale, il sistema LPAS è stato utilizzato per la identificazione di campioni di esplosivi standard in traccia. Una quantità piccola (meno di 100 g) del campione viene posta in una celletta PA del volume di 3 mL, equipaggiata con un singolo microfono miniaturizzato di elevata sensibilità (20 mV/Pa). Lo strumento lavora a pressione atmosferica e il gas di riempimento è solo aria atmosferica. Il segnale di sottofondo è trascurabile rispetto al segnale di una qualunque delle specie esplosive esaminate. Tutti gli esplosivi esaminati sono ben distinguibili l'uno dall'altro e rispetto ai solventi utilizzati. Questo risulta molto chiaramente dalla analisi statistica con metodo PCA effettuata sui dati spettrali; il risultato della PCA è riportato nella Fig.3, che mostra una rappresentazione 3D dei vari segnali LPAS nello spazio delle componenti principali.

Fig. 3: rappresentazione 3D dei vari segnali LPAS nello spazio delle componenti principali


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Altri documenti


References:

  • G. Giubileo, A. Puiu, "Photoacoustic Spectroscopy of Standard Explosives in the MIR Region", Nucl. Instr. and Meth. A 623, 771-777 (2010)
  • K. H. Michaelian, "Photoacoustic Infrared Spectroscopy", John Wiley Ed. (2003)
  • G. Giubileo, A. Lai, D. Piccinelli, A. Puiu, "Laser diagnostic technology for early detection of pathogen infestation in orange fruits", Nucl. Instr. and Meth. A 623, 778-781 (2010)
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