Espectrómetro fotoacústico simple para detección de gases en mezclas multicomponentes

• Autores: Mitchell, A. J.; González, Martín Germán; Santiago, Guillermo Daniel; Zajarevich, Nicolás Mariano; González, Francisco; Peuriot, Alejandro Luis; Slezak, Verónica Beatriz
• Año de publicación: 2008
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Fuente: An. (Asoc. Fís. Argent., En línea) 2008;01(20):23-27
• Materia: FOTOACUSTICO; LASER DE CO₂; PLACA DE SONIDO; ETILENO; MADURACION; PHOTOACOUSTIC; CO₂ LASER; SOUND CARD; ETHYLENE; RIPENING
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Se desarrolló un sistema fotoacústico resonante basado en un láser de CO₂, sintonizable automáticamente en las bandas de 9 y 10 μm, para cuantificar mezclas de gases. El haz modulado por un obturador mecánico pasa por una celda cilíndrica, con filtros de cuarto de longitud de onda. La señal acústica generada es captada por un micrófono ubicado en el centro del resonador que contiene la muestra. Habitualmente las señales acústicas son adquiridas con la técnica de detección sincrónica por medio de un amplificador lock-in, analizándose la amplitud y la fase de la señal respecto de la excitación. En este trabajo se presenta un esquema diferente, en el cual la detección sincrónica es llevada a cabo a través de una placa de sonido de computadora. Ésta digitaliza la señal del micrófono y la de referencia, que proviene de un detector piroeléctrico, también utilizado para la medición de la potencia láser. Uno de los objetivos del desarrollo de este sistema es su aplicación al estudio de la emisión de etileno en plantas y frutas, ya que este gas es una hormona que regula procesos de crecimiento y maduración. Por este motivo la calibración se realiza con mezclas conocidas de C₂H₄ en aire y luego el aparato es ensayado con mezclas conocidas de CO₂ y CO₂ – C₂H₄ en aire, siendo ambos gases emitidos simultáneamente por los sistemas biológicos nombrados. En estas mediciones es muy importante la determinación precisa de la fase porque la molécula de CO₂, excitada por el láser, intercambia energía con el N₂ a través de una resonancia de Fermi. La lenta relajación V-T del N₂ da lugar a un retraso apreciable en la señal acústica originada en el CO₂ respecto de la excitación y de la señal proveniente del etileno excitado. En este trabajo se muestran los resultados obtenidos con el sistema FA propuesto
A resonant photoacoustic system for measurement of gas traces in mixtures has been improved. It is based on an automatically tunable CO₂ laser. The mechanically modulated beam crosses through a cylindrical cell ended with quarter wavelength filters. The acoustic signal is detected by a microphone placed in the centre of the resonator which contains the sample. Usually the signal is acquired using synchronous detection by means of a lock-in amplifier and the amplitude and phase of the signal are analyzed with respect to the excitation. In this work a different setup is presented, where the synchronous detection is performed through the sound card of a PC. The microphone signal and the reference coming from a pyroelectric detector are digitized; the latter is further processed as a measure of the laser power. One of the objectives of this development is the application to the study of ethylene from plants and fruit, as this gas is a hormone that regulates various processes associated to growth and ripening. Therefore the system is calibrated with known mixtures of C₂ H₄ in air and then tested with mixtures of CO₂ and CO₂ – C₂H₄ in air, as both gases are simultaneously emitted by the biological systems named above. Through these measurements a precise determination of the phase is very important because the laser excited CO₂ molecule exchanges energy with N₂ through a Fermi resonance. A low N₂ V-T relaxation rate gives place to an appreciable delay of the acoustic signal coming from CO₂ with respect to the excitation and to the signal coming from excited ethylene also. In this work the results obtained with this system are shown
Fil: Mitchell, A. J.. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio Láser (UBA-FI). Buenos Aires. Argentina
Fil: González, Martín Germán. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio Láser (UBA-FI). Buenos Aires. Argentina
Fil: Santiago, Guillermo Daniel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio Láser (UBA-FI). Buenos Aires. Argentina
Fil: Zajarevich, Nicolás Mariano. Centro de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (CONICET–CITEFA). Buenos Aires. Argentina
Fil: González, Francisco. Centro de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (CONICET–CITEFA). Buenos Aires. Argentina
Fil: Peuriot, Alejandro Luis. Centro de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (CONICET–CITEFA). Buenos Aires. Argentina
Fil: Slezak, Verónica Beatriz. Centro de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (CONICET–CITEFA). Buenos Aires. Argentina