Influencia del CO₂ en la respuesta de fase de un sistema fotoacústico para detección de muestras multicomponentes

• Autores: Zajarevich, N. M.; Peuriot, Alejandro Luis; Slezak, Verónica Beatriz; Santiago, Guillermo Daniel; González, Martín Germán
• Año de publicación: 2007
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: artículo
• Fuente: An. (Asoc. Fís. Argent., En línea) 2007;01(19):63-66
• Materia: FOTOACUSTICO; LASER DE CO2; ETILENO; MULTICOMPONENTES; MADURACION DE FRUTA; PHOTOACOUSTIC; CO2 LASER; ETHYLENE; MULTICOMPONENT; FRUIT RIPENING
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Se mejoró un sistema fotoacústico resonante en basea láser de CO2 para la medición de concentración de gases relacionados con procesos biológicos, particularmente con la maduración de la fruta. Las frutas generan principalmente: etileno, etanol, H2O y CO2. La medición de fase en este tipo de mezclas multicomponentes brinda información muy útil, debido a que la señal acústica producida por el CO2 presenta un defasaje de aproximadamente 165 ̊ respecto de la excitación. La rápida transferencia de energía entre los niveles vibracionales del CO2 (ν3) y el N2 (resonancia de Fermi) produce dicho defasaje. La fuente del sistema es un láser de CO2 sintonizable en las bandas de 9 y 10 μm. El haz modulado por un obturador mecánico de frecuencia variable atraviesa una celda longitudinal, con filtros de cuarto de onda en los extremos y un micrófono en el centro. La señal proveniente de las muestras al barrer alrededor del pico de resonancia correspondiente al segundo modo longitudinal es procesada por un amplificador lock-in y transferida a una PC. Para la medición de fase se introdujo una celda de referencia al sistema cargada con una alta concentración de etileno en N2, el cual sigue la fase de la excitación. Finalmente se comprobó el modelo de ecuaciones de tasa poblacional, que describe la relación entre amplitud y fase de la señal fotoacústica y la concentración de los gases, donde el término que contiene la concentración de CO2 depende de la relación entre la energía del estado vibracional del N2 y la del fotón del láser
A resonant CO2 laser-based photoacoustic system for measurement of gas traces related to biological processes, particularly fruit ripening, has been improved. Fruit mainly emit ethylene, ethanol, water and carbon dioxide. The phase determination of signals coming from this type of multicomponent samples is very important because the acoustic signal produced by CO2 dephases circa 165° with respect to the excitation.This is due to a fast energy transfer process between the vibrational levels of CO2 (ν3) and N2 (Fermi resonance). The system is based on a 9 to10 μm tunable CO2 laser. The beam, chopped at variable frequency, goes through a longitudinal cell with quarter-wavelength filters at its ends and a microphone at the center. The signal from the samples at different frequencies around the resonance peak, corresponding to the second longitudinal mode, is processed by a lock-in amplifier and further transferred to a PC. A reference cell filled with a high concentration of ethylene in N2, which photoacoustic signal is in phase with the laser excitation, is used for the phase measurement. Finally a rate equations-based model, which relates the amplitude and phase of the signal to the gases concentration, is successfully tested. In this model the term that refers to CO2 depends on the ratio of the N2 vibrational to the laser photon energy.
Fil: Zajarevich, N. M.. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Centro de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (UNIDEF-CEILAP-CONICET). Buenos Aires. Argentina
Fil: Peuriot, Alejandro Luis. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Centro de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (UNIDEF-CEILAP-CONICET). Buenos Aires. Argentina
Fil: Slezak, Verónica Beatriz. Unidad de Investigación y Desarrollo Estratégico para la Defensa. Centro de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones (UNIDEF-CEILAP-CONICET). 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: González, Martín Germán. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Departamento de Física. Laboratorio Láser (UBA-FI). Buenos Aires. Argentina