Gli innovativi rilevatori di gas mid-IR, sempre più efficienti e sostenibili

4 Ottobre 2023
spettroscopia mid-ir Hamamatsu

La spettroscopia all’infrarosso è stata la protagonista dell’appuntamento B2Better di settembre: con i rilevatori di ultima generazione l’innovazione punta alla sostenibilità.

Dopo la pausa estiva, riprende la programmazione dei talk B2Better, i webinar di LabWorld.it e Industrychemistry.it, dove gli esperti di settore si incontrano e dialogano con il pubblico.

Nell’incontro che si è tenuto lo scorso 26 settembre si è parlato di rilevamento di gas: quali sono le tecniche e i dispositivi più efficienti per diversi, cruciali settori produttivi e in che modo si possono introdurre ulteriori elementi di novità in una classe di sensori di ultima generazione. A chiarire tutti questi aspetti sono stati il Dr. Luca Poletto, dirigente di ricerca dell’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del Consiglio Nazionale delle Ricerche, responsabile della sede di Padova del Cnr-Ifn, e l’Ing. Gaetano Panagia, technical marketing engineer di Hamamatsu Photonics Europe.

Il tema affrontato riesce a intercettare aspetti di innovazione tecnologica che toccano l’interesse di diversi settori industriali e non solo, dove è fondamentale riuscire a ottimizzare i controlli di processo. Dal monitoraggio dell’aria a quello dei gas anestetici in campo medico, è fondamentale poter fare affidamento su tecniche di analisi accurate e che non comportino ulteriori forme di disturbo, per esempio durante le fasi di produzione. In questo senso, le tecniche spettroscopiche nell’infrarosso sembrano offrire il miglior compromesso. I dispositivi ottici di questo tipo per il rilevamento dei gas consentono, infatti, di effettuare indagini diagnostiche non invasive per misure qualitative e quantitative di diversi tipi di emissioni, per prevenire il rischio di incidenti e garantire alti standard di qualità nel prodotto finito. L’attenzione si è concentrata sui i sensori che operano nella regione del medio-infrarosso (mid-IR), particolarmente interessanti e competitivi.

Nella prima parte del webinar, il Dr. Poletto del Cnr-Ifn, esperto in tecniche e strumentazioni spettroscopiche, con una introduzione teorica chiara ed esaustiva, ha ricordato al pubblico le caratteristiche della spettroscopia di assorbimento nell’infrarosso. L’alta selettività nella caratterizzazione di singole specie molecolari consente di mettere a punto dispositivi ottici calibrabili nell’infrarosso su specifiche lunghezze d’onda. In questo modo si possono individuare con sicurezza specifiche molecole di interesse, come, per esempio, CO2, CH4, NH3, ovvero tutte le sostanze gassose di largo utilizzo nei settori ambientale, industriale, medico.
Questo tipo di analisi viene facilitata grazie ai diodi laser, che fungono da sorgenti sintonizzabili su precise lunghezze d’onda, appunto. Con i laser TDLAS (Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy) si riesce ad effettuare misure di concentrazione e pressione dei gas all’interno di contenitori sigillati, in modo non invasivo e non distruttivo. Si tratta di un vantaggio notevole per esempio in campo alimentare, per le misure di pressione di CO2 e O2 nelle bottiglie di soft drinks, del latte per bambini o anche per il controllo dell’atmosfera per altri tipi di packaging, dai prodotti da forno alle confezioni di carne.

A seguire, l’Ing. Panagia di Hamamatsu Photonics Europe ha presentato lo stato dell’arte della tecnologia di diversi sensori di gas ottici nel medio Infrarosso. Con una comparazione tra i dispositivi a stato solido-semiconduttore, catalitici ed elettrochimici e i sensori ad assorbimento mid-IR, risulta ancora più evidente il primato di questi ultimi in termini di prestazioni e spesa: segnali più chiari e alta selettività tra diversi materiali, come detto, oltre all’ininfluente impatto dato dall’eventuale assorbimento di vapor d’acqua. Inoltre, scendendo più in dettaglio in specifici modelli – i “Non-Dispersive Infrared (NDIR)”; i “Cavity Ring Down Spectroscopy (CRDS)” e i già citati TDLAS – emergono ulteriori qualità come la compattezza, la velocità e un range più ampio di possibili applicazioni.

Infine, sono stati analizzati i pro e i contro dei sensori termici e a tecnologia quantica tradizionali, individuando i punti su cui è possibile intervenire con nuovi interventi di innovazione.
Le possibili soluzioni sono già una realtà: gli ultimi dispositivi messi a punto dagli ingegneri di Hamamatsu, basati su tecnologia InAsSb (Indio-Arsenico-Antimonio) consentono di migliorare le precedenti tecnologie per analisi spettroscopiche IR, già di per sé all’avanguardia: si ottimizzano le performance a temperatura ambiente, ottimizzando i consumi, azzerando il rischio dato da materiali potenzialmente tossici, alzando i limiti di velocità di risposta. Insomma, prestazioni sempre più sostenibili.

 

Arrivederci a Ottobre con i prossimi B2Better!

articolo a cura di Marco Milano

 

Per approfondire l’argomento proponiamo qui di seguito la registrazione del talk

 

 

 

 

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