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Una revolución en la detección a gran altitud: ¿Cómo medir los óxidos de nitrógeno en la estratosfera utilizando espectroscopia fotoacústica?
En la década de 1960, los científicos exploraron por primera vez cómo utilizar la espectroscopia fotoacústica para medir con precisión las concentraciones de gases en las altas esferas de la atmósfera, una técnica única que se ha convertido en una herramienta clave para rastrear los óxidos de nitrógeno en la atmósfera. A medida que pasa el tiempo y avanza la tecnología, la espectroscopia fotoacústica no sólo proporciona datos precisos a la comunidad científica, sino que también juega un papel indispensable en el estudio de la contaminación del aire y el cambio climático.
La espectroscopia fotoacústica es un método para medir los efectos de la energía electromagnética absorbida por la materia, utilizando el sonido para detectarla.
Los orígenes de la espectroscopia fotoacústica se remontan a 1880, cuando Alexander Graham Bell descubrió que finas láminas de luz producían sonidos cuando eran iluminadas rápidamente por la luz solar y se interrumpían. Con experimentos posteriores, los científicos descubrieron que no sólo la luz visible, sino también la luz infrarroja y ultravioleta pueden causar sonido. Este descubrimiento sentó las bases para la futura detección a gran altitud.
Hoy en día, los detectores fotoacústicos modernos han experimentado una serie de mejoras basadas en la tecnología de Bell. Estas mejoras no sólo aumentan la sensibilidad de la medición, sino que también hacen de la espectroscopia fotoacústica una herramienta eficaz para apoyar el monitoreo de gases estratosféricos. La luz solar tradicional se sustituye por modernos y potentes láseres, que no sólo aumentan la intensidad de la luz sino que también mejoran aún más los efectos de sonido generados. Esta técnica, denominada espectroscopia fotoacústica láser (LPAS), juega un papel clave en la detección de gases como los óxidos de nitrógeno.
Usando espectroscopia fotoacústica láser, los científicos pueden medir concentraciones de gas de hasta unas pocas partes por mil millones.
Para las mediciones en interiores, estas nuevas tecnologías también introducen algunos cambios, como sustituir los oídos por micrófonos sensibles y utilizar amplificadores de bloqueo para amplificar aún más la señal, de modo que el audio adquirido pueda detectarse con mayor precisión. La envoltura de la muestra de gas cilíndrica también ayuda a amplificar la señal sonora mediante el ajuste de la frecuencia de modulación. La integración de estas tecnologías mejora aún más la sensibilidad de la espectroscopia fotoacústica. Para lograr mejores resultados en la detección.
A principios de los años 70, el científico Battelle y sus colegas utilizaron con éxito esta tecnología para medir los cambios en el óxido nítrico a una altitud de 28 kilómetros. Estos datos proporcionan una base para comprender cómo los óxidos de nitrógeno creados por el hombre agravan el problema del agotamiento de la capa de ozono. referencia. Estos primeros estudios proporcionaron una base teórica para la posterior formulación de políticas de protección del medio ambiente.La espectroscopia fotoacústica juega un papel importante en la evaluación y detección de varios tipos de muestras.
光聲光譜的應用遍及多個領域。 En las pruebas de muestras biológicas, los investigadores pueden evaluar directamente la composición química de la muestra sin necesidad de destrucción o tratamiento químico. Esta información es particularmente importante para estudiar las interacciones químicas en la vida marina o los huesos, y también podría ser útil para examinar la estructura interna de los huesos en personas con osteoporosis.
Al mismo tiempo, los científicos también están explorando constantemente nuevas soluciones para aplicaciones de bajo costo y planean integrar la tecnología de espectroscopia fotoacústica en el proceso de producción para reducir costos y aumentar la exposición de los usuarios. En las últimas dos décadas se han puesto a disposición numerosos instrumentos de bajo coste que pueden utilizarse para detectar fugas o controlar las concentraciones de dióxido de carbono. Sus fundamentos técnicos se basan principalmente en fuentes de calor de bajo coste, diseños miniaturizados y dispositivos electrónicos analógicos.
未來，光聲光譜技術可能實現完全集成的微型機械儀器，增加其應用場景。
在軍事領域，光聲光譜也展現出其潛力，尤其是在檢測有毒化學劑方面。由于其高靈敏度，這種技術能有效識別與化學攻擊有關的微量化學物質。 Además, el ámbito de aplicación de los sensores LPAS cubre no solo la industria, sino también campos como la seguridad y la medicina, como el análisis del aliento, lo que amplía aún más las perspectivas de aplicación de la tecnología de espectroscopia fotoacústica.
Con la continua innovación tecnológica y su expansión en diferentes campos, la espectroscopia fotoacústica jugará un papel cada vez más importante en el futuro monitoreo ambiental y aplicaciones biomédicas. Al mismo tiempo, con el avance de la tecnología experimental, ¿presenciaremos más descubrimientos más nuevos sobre la protección del medio ambiente en el futuro?
