Onderzoekers van de Universiteit van Houston hebben een nieuwe techniek gerapporteerd om de chemische samenstelling van materialen te bepalen met behulp van nabij-infrarood licht.

Het werk kan een aantal potentiële toepassingen hebben, waaronder het verbeteren van de analyse van boorgaten in de olie- en gasindustrie en het verbreden van het spectrum van zonnelicht dat kan worden geoogst en omgezet in elektriciteit, zei Wei-Chuan Shih, universitair hoofddocent elektrische en computertechniek aan de UH en hoofdauteur van een paper waarin de ontdekking wordt beschreven die op 22 juni is gepubliceerd Nano-letters .

"Vanuit wetenschappelijk oogpunt het is een vrij nieuwe ontdekking om plasmonische resonantie op nabij-infrarood op te wekken en het voor ons te laten werken, " hij zei.

Dat betekent dat stoffen die niet nauwkeurig kunnen worden gemeten door sensoren die op het infraroodspectrum werken, nu veel gedetailleerder kunnen worden bestudeerd dan de huidige technieken die gebruikmaken van het nabij-infraroodspectrum.

Naast Shih, de andere auteurs zijn onder meer postdoctorale onderzoekers Greggy M. Santos en Oussama Zenasni en afgestudeerde studenten Fusheng Zhao en Md Masud Parvez Arnob.

Spectroscopie met behulp van het infraroodspectrum - een analytische techniek die infraroodlicht gebruikt om de chemische samenstelling van organische, polymere en sommige anorganische materialen - is een belangrijk hulpmiddel, maar het heeft beperkingen. Infrarood licht wordt geabsorbeerd door water, dus de techniek werkt niet met monsters op waterbasis.

Scannen met nabij-infraroodlicht is compatibel met water, maar de huidige technieken zijn minder gevoelig dan die met andere golflengten.

"Om deze barrières te overwinnen, we hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om gelijktijdig chemische en brekingsindexdetectie te verkrijgen in 1-2,5 μm NIR (nabij-infrarood) golflengtebereik op nanoporeuze gouden (NPG) schijven, met plasmonische hotspots met hoge dichtheid van gelokaliseerde elektrische veldverbetering, " schreven de onderzoekers. "Voor de eerste keer, oppervlakteversterkte nabij-infraroodabsorptie (SENIRA) spectroscopie is aangetoond voor zeer gevoelige chemische detectie."

Shih zei dat werken met nabij-infraroodlicht meestal "een tweesnijdend zwaard is, " omdat het kan worden gebruikt met monsters op waterbasis, maar niet de benodigde details biedt. "We hebben aangetoond dat water geen probleem is, maar we kunnen ook de gevoeligheid van wat we willen meten verhogen met 10, 000 keer, " hij zei.

Sinds de ontdekking van de structuur in 2013 hebben hij en leden van zijn lab met nanoporeuze gouden schijven gewerkt. hij zei dat ze "afgestemd, " of ontworpen, de nanoschijven om te reageren bij blootstelling aan specifieke golflengten, waardoor het mogelijk wordt een detectietechniek te ontwikkelen met de voordelen van zowel infrarood- als nabij-infraroodscanning.

De techniek is getest met verschillende ruwe olie- en andere koolwaterstofmonsters, en Shih zei dat het nuttig zou kunnen zijn bij de analyse van vloeistof in het boorgat, die gebruikmaakt van nabij-infraroodspectroscopie om materiaal diep in een put te analyseren. Met deze techniek weten boorders snel wat zich onder de grond of in de zeebodem bevindt, maar hij zei dat de nieuwe techniek het proces zou kunnen vereenvoudigen omdat er een kleiner monster voor analyse nodig is, een duidelijk voordeel bij laboratoriumkarakterisering.

Oliver C. Mullins, een wetenschappelijk adviseur bij Schlumberger en de belangrijkste grondlegger van de analyse van boorgatvloeistoffen, zei dat de ontdekking potentieel heeft voor zowel het laboratorium als het veld.

"Optische spectroscopie heeft significante bijdragen geleverd in de olie- en gasindustrie, naast laboratoriumkarakterisering, "zei hij. "In het bijzonder, in situ vloeistofanalyse in oliebronnen op basis van vibratie-boventonen en elektronische absorptie in de zichtbare en nabij-infrarode golflengten is een industriestandaard geworden in draadbronregistratie. SENIRA biedt een opwindend vooruitzicht voor potentieel betere sensortechnologie in zowel veld- als laboratoriumomgevingen."

Shih zei dat onderzoekers nadenken over nieuwe manieren om dingen te doen met behulp van de techniek. "We kunnen veel olie typen met kleine hoeveelheden olie."

Hoewel de paper analyse van de samenstelling van koolwaterstoffen gebruikt als voorbeeld van hoe de techniek kan worden ingezet, Shih zei dat het op elke moleculaire soort kan worden toegepast. Dat brede potentiële gebruik, naast de nieuwigheid van de techniek, is waarom Nano-letters publiceerde de krant, hij zei.