Procesamiento de señales fotoacústicas para la determinación de concentraciones de CO2 y C2H4 en aire

• Autores: Zajarevich, N. M.; Slezak, Verónica Beatriz; Peuriot, Alejandro Luis; Santiago, Guillermo Daniel
• Año de publicación: 2014
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Fuente: An. (Asoc. Fís. Argent., En línea) 2014;02(25):96-99
• Materia: ESPECTROSCOPIA FOTOACUSTICA; PROCESAMIENTO DE SEÑALES; ETILENO; DIOXIDO DE CARBONO; PHOTOACOUSTIC SPECTROSCOPY; SIGNAL PROCESSING; ETHYLENE; CARBON DIOXIDE
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

La espectroscopía fotoacústica para detección de trazas gaseosas, basada en un láser de CO2, se puede utilizar para cuantificar distintos componentes en muestras multigaseosas. Esta gran ventaja se debe a la sintonizabilidad de este láser en la región del infrarrojo medio (9,4 -10,6 μm) donde muchas moléculas poliatómicas presentan bandas de absorción. En general, se puede considerar que cada especie da origen a una amplitud de señal fotoacústica a una cierta longitud de onda, siendo la amplitud total una superposición lineal de las amplitudes dadas por cada sustancia excitada. Midiendo a distintas longitudes de onda (tantas o más que cantidad de sustancias a identificar) se puede resolver un sistema de ecuaciones lineales para obtener las concentraciones de las especies absorbentes. Sin embargo, en algunos casos se produce una interacción entre distintas especies presentes en las muestras, que da lugar a una señal que no es más una suma de las amplitudes de las señales individuales. Particularmente, se conoce que la presencia de CO2 da lugar a un retraso en la señal acústica respecto de la excitación láser, debido al intercambio de los niveles de energía vibracional del CO2 y N2, el cual produce una lenta relajación de energía por intercambio V-T desde el N2. En este trabajo estudiamos la posibilidad de determinar concentraciones mediante una red neuronal aplicando a un caso particular de un compuesto orgánico volátil, como C2H4, y CO2 en aire. Para la determinación de las concentraciones de CO2 y C2H4 procesamos mediante redes neuronales los datos obtenidos de muestras preparadas en una línea de vacío en diferentes proporciones, excitadas con el láser en distintas longitudes de onda
CO2-laser-based photoacoustic spectroscopy for the detection of trace gases may be used to measure various components in multigaseous samples. This advantage is due to the tunability of the laser in the mid-infrared region (9.4 -10.6 microns) where many polyatomic molecules exhibit absorption bands. In general, it can be considered that each species gives rise to a photoacoustic signal amplitude at a certain wavelength, and the total amplitude is a linear superposition of the amplitudes given by each laser-excited substance. Measuring at different wavelengths (or many more than the number of substances to be identified) a system of linear equations can be solved to obtain the concentrations of the absorbing molecules. However, in some cases there is an interaction between different species present in the sample, which gives rise to a signal that is not the sum of the amplitudes of the individual signals. Particularly, it is known that the presence of CO2 leads to a delay in the acoustic signal with respect to laser excitation, due to exchange between the vibrational energy levels of CO2 and N2, which produces a slow relaxation of energy from N2 through VT relaxation. In this paper we study the possibility of determining concentrations using a neural network applied to a particular case of a volatile organic compound, such as C2H4, and CO2 in air. For determination of the concentrations of CO2 and C2H4 we process the data obtained from samples prepared in a vacuum line in different proportions, excited by the laser at different wavelengths
Fil: Zajarevich, N. M.. Ministerio de Defensa - CONICET. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Departamento de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (UNIDEF- DEILAP). Buenos Aires. Argentina
Fil: Slezak, Verónica Beatriz. Ministerio de Defensa - CONICET. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Departamento de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (UNIDEF- DEILAP). Buenos Aires. Argentina
Fil: Peuriot, Alejandro Luis. Ministerio de Defensa - CONICET. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Departamento de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (UNIDEF- DEILAP). Buenos Aires. Argentina
Fil: Santiago, Guillermo Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Grupo Láser, óptica de materiales y aplicaciones electromagnéticas. Buenos Aires. Argentina