Inquinamento. Il diapason al quarzo che ascolta i gas. La svolta negli strumenti di rilevazione

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Giovedì 08 AGOSTO 2013
Inquinamento. Il diapason al quarzo che ascolta i gas. La svolta negli strumenti di rilevazione

Dal Cnr arriva un nuovo metodo capace di rivelare tramite il suono tracce infinitesimali di gas tossici, in concentrazioni pari anche ad appena una manciata di molecole diluite milioni di volte nell’aria. Lo studio che lo descrive, in parte italiano e in parte inglese, è stato pubblicato su Applied Physics Letters.

Che la situazione inquinamento in Italia non sia delle migliori è ormai risaputo, ma negli ultimi tempi se ne è parlato molto: dalla polemica sul caso Ilva all’ultimo studio che sul Lancet Oncology che evidenziava le città italiane tra le più inquinate d’Europa. Una buona notizia viene però proprio dalla ricerca italiana in collaborazione con l'Università di Cambridge. Una nuova arma potrebbe essere stata aggiunta all’arsenale degli scienziati per identificare gas inquinanti e agenti chimici pericolosi: i ricercatori dell’Istituto nanoscienze (Nano-Cnr) e dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie (Ifn-Cnr) del Consiglio nazionale delle ricerche hanno infatti messo a punto un nuovo strumento, una sorta di diapason al quarzo, capace di rivelare tracce infinitesimali di gas tossici, appena una manciata di molecole diluite milioni di volte, ascoltandone il suono. Lo studio che ne parla si trova in copertina sulla rivista Applied Physics Letters, ed è frutto di una collaborazione con il Dipartimento interateneo di Fisica dell’Università e del Politecnico di Bari, i Cavendish Laboratories dell’Università di Cambridge e la Scuola Normale Superiore.

“Il dispositivo impiega una delle tecniche più sensibili per la rivelazione di tracce gassose, detta spettroscopia fotoacustica”, ha spiegato Vincenzo Spagnolo di Ifn-Cnr e Politecnico di Bari. “Sfrutta cioè il fatto che le molecole di un gas illuminate con luce laser intermittente, scaldandosi e raffreddandosi ciclicamente, producono onde sonore che mettono in vibrazione un minuscolo diapason di quarzo in proporzione alla concentrazione di molecole. Solitamente per far ‘suonare’ le molecole si impiega luce infrarossa, ma nel nostro esperimento è stato usato per la prima volta un laser con frequenza terahertz, ideale per il riconoscimento specifico di molte sostanze chimiche”.
“In questo range, che sta tra l’infrarosso e le microonde, molti materiali di interesse strategico tra cui agenti inquinanti, gas tossici e vapori di sostanze esplosive, possono essere identificati più efficacemente poiché hanno uno spettro di assorbimento ben specifico, una sorta di impronta digitale inequivocabile”, ha poi chiarito Miriam Serena Vitiello di Cnr-Nano di Pisa. “Operare nel terahertz è una possibilità del tutto nuova, è un po’ come se avessimo ‘accordato’ il sensore”.
Per l’esperimento i ricercatori hanno realizzato ad hoc un prototipo di quarzo di appena tre centimetri. “Il diapason funge da rivelatore eliminando la necessità dei tipici rivelatori: costosi, ingombranti e che devono operare a temperature criogeniche”, conclude Vitiello. “Il prototipo ora ha una sensibilità di sette parti per milione, il passo successivo sarà usare laser più potenti e diapason con dimensioni e forma ottimizzate. L’obiettivo è ottenere un sensore compatto, trasportabile ed economico per misure in situ e in tempo reale, nei campi dell’indagine ambientale e della sicurezza, in grado di rivelare molecole diluite decine di miliardi di volte”.