Investigadores del Istituto Nazionale di Ottica INO, dentro del Consiglio Nazionale delle Ricerche CNR, Italia, han demostrado un nuevo instrumento espectroscópico compacto que ofrece un método óptico altamente sensible para detectar la concentración de dióxido de radiocarbono, que se puede utilizar para fósiles de fecha de carbono.y artefactos arqueológicos.
El instrumento, que utiliza un nuevo enfoque llamado anillo de cavidad de absorción saturada SCAR, se describe en la revista The Optical Society para investigaciones de alto impacto óptica . SCAR ofrece ahorros significativos de tiempo y costos en comparación con el enfoque estándar para la datación por carbono y podría ser útil para una gran cantidad de otras aplicaciones, como medir las emisiones de los combustibles fósiles o certificar la cantidad de contenido biogénico en los biocombustibles.
Datación de carbono más rápida y barata
Los procesos actuales de datación por carbono requieren que los investigadores envíen una muestra a una instalación grande con un espectrómetro de masas con acelerador y luego esperen varias semanas para obtener los resultados. La espectrometría de masa con acelerador mide la cantidad de carbono 14 o radiocarbono presente en una muestra,que puede usarse para calcular su antigüedad. En todo el mundo, solo alrededor de 100 instalaciones albergan este equipo.
"La espectroscopía de masa del acelerador se puede utilizar para carbonizar huesos, madera, telas o cualquier cosa de origen biológico, señalando su edad hasta hace 50,000 años", dijo Iacopo Galli, miembro del equipo de investigación ". Usando nuestra nueva técnica, podemos hacer algo similar pero con un costo menor y un tiempo de entrega más rápido para los resultados "
Los investigadores informan que su instrumento SCAR puede detectar la concentración de dióxido de radiocarbono con una precisión del 0,4 por ciento, que se aproxima a la precisión del 0,2 por ciento de los mejores espectrómetros de masas del acelerador. La nueva técnica puede arrojar resultados en solo dos horas, y cada prueba cuesta aproximadamentela mitad de lo que sería si se realizara usando un espectrómetro de masas con acelerador.
Los investigadores estiman que el instrumento SCAR es aproximadamente 100 veces más pequeño y 10 veces más barato que la instrumentación requerida para la espectrometría de masas del acelerador. Su tamaño y costo podrían disminuir aún más una vez que el instrumento se convierta de su versión de mesa actual a un prototipo comercial más portátil.
"Con un instrumento portátil, las mediciones directas podrían realizarse en el sitio, con resultados devueltos en muy poco tiempo", dijo Galli. "Esto podría revolucionar el enfoque que utilizan los arqueólogos para la datación de carbono porque no tendrían que enviar datos sensiblesmuestras a un laboratorio y esperar semanas para obtener un resultado "
Mejora del medio ambiente
El equipo de investigadores también está explorando varias aplicaciones relacionadas con el medio ambiente. Por ejemplo, las mediciones de concentración de dióxido de radiocarbono se pueden utilizar para distinguir el dióxido de carbono creado al quemar combustibles fósiles de otras fuentes de dióxido de carbono en la atmósfera.
"Los instrumentos SCAR podrían instalarse en instalaciones locales en una región para tomar mediciones en diferentes lugares al mismo tiempo, para determinar los sitios de contaminación más importantes", dijo Davide Mazzotti, miembro del equipo de investigación. Una iniciativa que apoya la fijación de precios del carbonose anunció recientemente en diciembre de 2015 en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, lo que sugiere que la demanda de tecnología local precisa para el seguimiento de la contaminación podría aumentar en el futuro. Un dispositivo como este podría ofrecer una forma de vincular un costo monetario o impuesto acontaminación.
"Desarrollamos una técnica espectroscópica muy general y demostramos que se puede usar para detectar dióxido de radiocarbono", dijo Giovanni Giusfredi, miembro del equipo de investigación. "En principio, podemos usar nuestro aparato para detectar muchas otras moléculas comometano, óxido nitroso y otros gases de efecto invernadero o productos químicos de interés para la seguridad nacional o forense "
Cómo funciona
El dispositivo SCAR detecta los niveles de radiocarbono midiendo cómo interactúa la luz láser con el dióxido de carbono que se produce cuando se quema una muestra determinada. Para el análisis, el dióxido de carbono de una muestra quemada se coloca en la cámara de medición de vacío del instrumento. Allí, unEl haz de luz emitido por un láser de cascada cuántica a 4,5 micras, una longitud de onda ideal para la detección de gases sensibles, interactúa con el dióxido de carbono dentro de una cavidad óptica de 1 metro de largo con espejos altamente reflectantes en cada extremo.
Cuando la luz rebota repetidamente entre los espejos, las moléculas de radiocarbono en la cavidad absorben parte de la luz. El tiempo que tarda la luz en desintegrarse desde su intensidad inicial se usa para calcular la concentración de radiocarbono en la mezcla de gasesen la cavidad. Los espejos altamente reflectantes crean una trayectoria efectiva de más de 5 kilómetros para las interacciones entre la luz y la muestra de gas. Incluso si la absorción es pequeña para una sola pasada, miles de pasadas proporcionan suficiente absorción para detectar cantidades mínimas de radiocarbono.
"Aunque el instrumento es relativamente simple, el rendimiento obtenido por nuestro sistema es el resultado de muchos años de estudio de la física de los diversos componentes ópticos", dijo Giusfredi. "Nuestro grupo colaboró con otros grupos de investigación en los Estados Unidos, Japóny Suiza para el análisis teórico y para estudiar los láseres cuánticos en cascada ".
Los investigadores continúan refinando su instrumento y explorando nuevas aplicaciones. Uno de sus próximos pasos es llevar a cabo análisis SCAR de muestras que son significativas para varios campos, como artefactos arqueológicos y biocombustibles, y comparar directamente estas mediciones con la espectrometría de masas del aceleradorresultados de las mismas muestras.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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