تشخیص گازهای سمی در کمتر از نیم ثانیه به کمک لیزر!

دانشمندان دانشگاه میشیگان با بهبود یک دستگاه تشخیص گاز موفق شدند زمان لازم برای شناسایی زهرابه‌ها و گازهای سمی را به کمتر از نیم ثانیه کاهش بدهند! این روش تشخیص گازهای سمی مبتنی بر لیزر می‌تواند به عنوان یک دستگاه امنیتی در فرودگاه‌ها استفاده بشود یا بر آلاینده‌ها و مواد سمی در محیط‌های مختلف نظارت کند.

روشی که محققان روی ارتقای آن کار کرده‌اند، سال گذشته طراحی شده‌ بود و می‌توانست گازهای سمی را در عرض چهار تا پنج دقیقه تشخیص بدهد. اما دستگاه فعلی از سه لیزر برای کاهش مدت زمان تشخیص استفاده می‌کند و بسیار موفق بوده است.

استیون کاندیف، محقق ارشد و استاد فیزیک دانشگاه میشیگان درباره این دستگاه جدید می‌گوید: «مهمترین مزیت روش ما این است که می‌توان گازهای سمی را با دستگاهی به مراتب ساده‌تر، کوچک‎تر و قوی‌تر انجام داد و در عین حال زمان لازم برای تشخیص مواد سمی را به حداقل رساند. این یکی از مهمترین شروط کاربردی بودن دستگاه است. اگر می‌خواهید بر سلامت و امنیت یک محیط را نظارت کنید، باید به اندازه نوسانات و تغییرات آن محیط سریع باشید. نمی‌توانید و نباید پنج دقیقه برای تشخیص نشتی یا نفوذ مواد سمی در محیط صبر کنید.»

بارکدهای گازهای سمی

گازها طول موج‌های مشخصی دارند که برای لیزرها خوانا هستند. دستگاه اصلی از روشی به نام طیف‌سنجی چندبعدی منسجم یا MDCS استفاده می‌کرد که در آن از پالس‌های لیزر خیلی کوتاه برای خواندن این طول موج‌ها استفاده می‌شد (درست مثل خواندن بارکد). سپس از این طول موج مخصوص برای تشخیص نوع گاز استفاده می‌شد.

بسیاری از گازها یک طیف غنی برای طول موج‌های مشخص یا همان رنگ‌های نور دارند و همین طیف آنها را قابل تشخیص می‌کند. اما وقتی بخواهیم گازها را در یک ترکیب شناسایی کنیم، کار دشوار خواهد شد. در گذشته دانشمندان اندازه‌گیری‌هایشان را با یک کاتالوگ از مولکو‌ل‌ها چک می‌کردند. نتایج این روش در تشخیص گازهای سمی کاملا دقیق بود اما به کامپیوترهای قوی و زمان قابل توجهی نیاز داشت.

گروه پروفسور کاندیف قبلا موفق شده بود با ترکیب روش MDCS¬ و روش دیگری با نام طیف‌سنجی دوشانه، زمان تشخیص گازهای سمی را به چهار تا پنج دقیقه کاهش بدهد. شانه‌های لیزری در واقع منابع لیزری هستند که می‌توانند یک طیف متشکل از خطوط تیز با فواصل یکسان بسازند. این خطوط مثل خط‌کش عمل می‌کنند و ویژگی‌های طیفی اتم‌ها و مولکو‌ل‌ها را با دقت بالایی اندازه می‌گیرند. در طیف‌سنجی دوشانه، لیزرها پالس‌های نور را در قالب الگوهای مختلف می‌فرستند تا ردپای گازها را با حداکثر سرعت اسکن کنند.

حالا گروه تحقیقاتی موفق شده یک لایه لیزر دیگر به این روش اضافه کند و مدت زمان لازم برای تشخیص گازهای سمی را تا چند برابر کاهش بدهد. محققان از این لایه لیزر اضافی با عنوان طیف‌سنجی سه‌شانه نام ‌می‌برند و اعلام کرده‌اند این اولین بار است که چنین روشی طراحی و اجرا شده است.

فقط این لایه لیزر سوم باعث کاهش زمان تشخیص گازهای سمی به نیم ثانیه نشده است. لیزرها با یک نرم‌افزار کنترل می‌شوند که می‌تواند الگوی پالس‌های نوری ساطعه از لیزرها را برنامه‌ریزی کند. به کمک این نرم‌افزار لیزرها برای تولید پالس‌های نوری با هم هماهنگ می‌شوند و اسکن مداوم گازهای موجود در محیط اجرا می‌شود.

منبع