Forskere opdager ny kemisk registreringsteknik

Forskere fra University of Houston har rapporteret om en ny teknik til at bestemme den kemiske sammensætning af materialer ved hjælp af nær-infrarødt lys.

Arbejdet kan have en række potentielle anvendelsesmuligheder, herunder forbedring af boreboringsanalyse i olie- og gasindustrien og udvidelse af spektret af solcellelys, der kan høstes og omdannes til elektricitet, sagde Wei-Chuan Shih, lektor i elektro- og computerteknik ved UH og hovedforfatter på et papir, der beskriver opdagelsen offentliggjort 22. juni i Nano bogstaver .

"Fra et videnskabeligt synspunkt, det er en ganske ny opdagelse at ophidse plasmonisk resonans ved nær-infrarød og få det til at fungere for os, " han sagde.

Det betyder, at stoffer, der ikke kan måles nøjagtigt af sensorer, der opererer på det infrarøde spektrum, nu kan studeres langt mere detaljeret end det, der leveres af nuværende teknikker, der bruger det nær-infrarøde spektrum.

Ud over Shih, de andre forfattere omfatter post-doc-forskerne Greggy M. Santos og Oussama Zenasni og kandidatstuderende Fusheng Zhao og Md Masud Parvez Arnob.

Spektroskopi ved hjælp af det infrarøde spektrum - en analytisk teknik, der bruger infrarødt lys til at scanne og identificere den kemiske sammensætning af organisk, polymere og nogle uorganiske materialer - er et vigtigt værktøj, men det har begrænsninger. Infrarødt lys absorberes af vand, så teknikken virker ikke med vandbaserede prøver.

Nær-infrarødt lys scanning er kompatibel med vand, men nuværende teknikker er mindre følsomme end dem, der bruger andre bølgelængder.

"For at overvinde disse barrierer, vi har udviklet en ny teknik til samtidig at opnå kemisk og brydningsindeksføling i 1-2,5 μm NIR (nær infrarød) bølgelængdeområde på nanoporøse guld (NPG) diske, som har plasmoniske hotspots med høj tæthed med lokaliseret elektrisk feltforstærkning, " skrev forskerne. "For første gang, overflade-forstærket nær-infrarød absorption (SENIRA) spektroskopi er blevet demonstreret til højfølsom kemisk påvisning."

Shih sagde at arbejde med nær infrarødt lys normalt er "et tveægget sværd, ", da det kan bruges med vandbaserede prøver, men ikke giver de nødvendige detaljer. "Vi viste, at vand ikke er et problem, men vi kan også øge følsomheden af ​​det, vi ønsker at måle med 10, 000 gange, " han sagde.

Han og medlemmer af hans laboratorium har arbejdet med nanoporøse guldskiver, siden de opdagede strukturen i 2013. Til dette projekt, han sagde de "tunede, " eller designet, nanodiskene til at reagere, når de udsættes for bestemte bølgelængder, gør det muligt at udvikle en sensorteknik med fordelene ved både infrarød og nær infrarød scanning.

Teknikken blev testet med forskellige råolie- og andre kulbrinteprøver, og Shih sagde, at det kunne være nyttigt i væskeanalyse i borehullet, som bruger nær infrarød spektroskopi til at analysere materiale fundet dybt i en brønd. Teknikken gør det muligt for borere hurtigt at vide, hvad der er under jorden eller havbunden, men han sagde, at den nye teknik kunne forenkle processen, fordi den kræver en mindre prøve til analyse, en åbenlys fordel ved laboratoriekarakterisering.

Oliver C. Mullins, en videnskabelig rådgiver hos Schlumberger og den primære ophavsmand til væskeanalyse i borehullet, sagde opdagelsen rummer potentiale for både laboratoriet og feltet.

"Optisk spektroskopi har ydet betydelige bidrag i olie- og gasindustrien ud over laboratoriekarakterisering, sagde han. Især in situ væskeanalyse i oliebrønde baseret på vibrationsovertoner og elektronisk absorption i de synlige og nær-infrarøde bølgelængder er blevet en industristandard inden for wireline-brøndlogning. SENIRA bringer en spændende udsigt til potentiel bedre sensorteknologi i både felt- og laboratoriemiljøer."

Shih sagde, at forskere tænker på nye måder at gøre ting på ved hjælp af teknikken. "Vi kan lave meget olietype med små mængder olie."

Selvom papiret bruger carbonhydridsammensætningsanalyse som et eksempel på, hvordan teknikken kan anvendes, Shih sagde, at det kan anvendes på enhver molekylær art. Den brede potentielle anvendelse, ud over teknikkens nyhed, er hvorfor Nano bogstaver udgav avisen, han sagde.