Nova técnica de imagem fantasma aprimora medições de moléculas de gás

• O novo método de imagem fantasma mede qual gás está presente na atmosfera e em que quantidade, com muito melhor precisão.
• Não requer detectores extremamente sensíveis e fontes de luz poderosas para funcionar.

Medir os gases do efeito estufa na atmosfera, como dióxido de carbono, metano, ozônio e óxido nitroso, é crucial para estudar como as quantidades variáveis ​​desses gases afetam as mudanças climáticas. Eles são medidos continuamente usando equipamentos estacionários e satélites que monitoram as concentrações atuais, ou coletando amostras de ar no frasco e analisando-as em um laboratório.

Agora, uma equipe de pesquisadores da University of Eastern Finland, da Tampere University of Technology e da University of Burgundy, na França, apresentou uma nova abordagem para a realização de medições espectroscópicas de várias moléculas de gás. Eles estão chamando isso de técnica de Imagem Fantasma.

Em comparação com as técnicas de imagem existentes, esta nova abordagem pode descobrir a composição química de uma molécula de gás com uma precisão muito melhor. Em alguns casos, pode permitir uma identificação mais sensível dos gases de efeito estufa.

Como funciona?

A imagem fantasma opera em uma ampla gama de comprimentos de onda, melhorando o monitoramento dos gases presentes na atmosfera, incluindo metano e dióxido de carbono. Ele funciona com uma fonte de luz supercontínua (emite pulsos com vários comprimentos de onda) para a imagem da luz baseada no comprimento de onda transferida através de amostras de ar e mede a impressão digital espectral de uma molécula de gás com resolução subnanométrica.

Esta nova técnica gera imagens associando a intensidade de 2 feixes diferentes que não contêm dados sobre a forma do objeto, mas permitem interfaces indiretas sobre suas características. Em condições extremas, pode remover distorções (não todas) observadas em sistemas de imagem convencionais e pode restaurar sinais codificados em picossegundos (10 ⁻¹² segundos) escalas de tempo.

Como as moléculas de gás estão espalhadas em sua maioria, elas alteram apenas uma pequena quantidade na transmissão da luz. Portanto, são necessários instrumentos muito sensíveis e fontes de luz poderosas para detectá-los.

Referência:The Optical Society | doi:10.1364 / OL.43.005025

Ao contrário dos métodos de imagem convencionais que identificam sinais de um único comprimento de onda, a técnica de imagem fantasma detecta um sinal integrado que consiste em vários comprimentos de onda. Portanto, ele funciona mesmo onde detectores extremamente sensíveis e fontes de luz poderosas não estão disponíveis.

Mais especificamente, ele gera uma imagem espectral (que contém o espectro de reflexão ou transmissão de um objeto) correlacionando 2 feixes:o primeiro feixe codifica um padrão aleatório que se comporta como referência de sondagem enquanto o outro feixe ilumina a amostra. Para gerar a referência essencial para a obtenção de 'imagem fantasma' espectral, os autores usaram flutuações aleatórias ocorrendo entre espectros de sinais positivos consecutivos.

Crédito da imagem:NASA

Em seguida, o feixe transferido através de uma amostra é analisado por meio de um detector sem resolução espectral. Depois de correlacioná-lo com as flutuações espectrais de referência, eles obtiveram uma visão clara da imagem espectral.

Teste

Para testar essa nova técnica, eles a usaram para gerar uma imagem espectral do gás metano. Ele recriou com precisão a sequência de linhas de absorção discretas que representam a identidade do metano. Eles também compararam os resultados com as medições de espectroscopia direta tradicionais:os resultados de ambas as técnicas combinaram bem.

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Atualmente, os autores estão experimentando dispositivos de fonte de luz pré-programáveis ​​para controlar as flutuações espectrais. Isso eliminaria a necessidade de medir padrões espectrais de referência. Além disso, eles estão tentando integrar essa tecnologia com a configuração da tomografia de coerência óptica, o que lhes permitiria extrair dados sensíveis de várias amostras biológicas, incluindo tecido, sem expor as amostras a raios nocivos.