Spettroscopia di fotoluminescenza: Nuova tecnica per il rilevamento di esplosivi

Luminescenza è l'emissione di luce assorbita da una sostanza. Quando un materiale è esposto alla radiazione elettromagnetica di lunghezza d'onda sufficientemente breve l'emissione di elettroni viene osservata. Il fenomeno è stato originariamente descritto come l'effetto fotoelettrico, poiché non vi è una foto misurabile, ma oggi la fotoionizzazione termini o fotoemissione sono comunemente usati. Essa si verifica quando un elettrone ritorna allo stato fondamentale elettronico da uno stato eccitato e perde la sua energia in eccesso come un fotone. Gli stati elettronici di maggior parte delle molecole organiche possono essere suddivisi in stati di singoletto e stati di tripletto;

Canotta Stato: Tutti gli elettroni della molecola sono spin-appaiati

Stato di tripletto: Una serie di spin degli elettroni è spaiato

Una molecola nello stato di singoletto emette fotoni continuamente quando esposto alla radiazione elettromagnetica e si arresta quando la sorgente di emissione cessa di trasmettere. Ma una molecola nei decadimenti stato di tripletto eccitato tramite il processo di intersystem attraversamento. Ciò significa che decade in passi che emettono fotoni di bassa intensità ogni volta che decade. Questo processo in genere continua anche dopo che la fonte sia più emissione. Questo fenomeno viene chiamato fotoluminescenza e lo studio della luce emessa è chiamato spettroscopia fotoluminescenza. Tuttavia, non può utilizzare sempre intersystem attraversare per tornare allo stato fondamentale. Si potrebbe perdere energia direttamente emissione di un fotone.

Un team di ricercatori dell'Università di Florida ha inventato un modo per rilevare rapidamente le tracce di TNT (trinitrotoluene) o di altri esplosivi nascosti semplicemente brilla una luce su un qualsiasi oggetto potenzialmente contaminato, da un granello di polvere in aria alla superficie di una valigia.

"Dobbiamo trovare esplosivi in ​​modo rapido, a basso costo e, soprattutto, affidabile", ha detto Rolf Hummel, dell'Università di Florida, professore emerito di scienza dei materiali e ingegneria che dirige il laboratorio in cui è stato inventato il metodo.

Lo sviluppo fornisce risultati istantanei, non dà falsi positivi, può essere utilizzato in remoto ed è portatile - attribuisce dice renderà indispensabile a tutti i livelli delle forze dell'ordine, dalla polizia locale per la sicurezza nazionale.

Utilizzo di fotoluminescenza per rivelare la presenza di TNT è simile a come "luce nera" utilizza i raggi ultravioletti per rendere bagliore bianco vestiti, ma in questo caso la luce nera è un laser, Hummel ha detto. "Una volta un raggio laser, a campione, il laser poi ri-emette (it) a specifiche lunghezze d'onda che sono diverse per ogni materiale - è una sorta di impronta digitale".

I ricercatori hanno scoperto che impronta TNT è un tagliente, distinto picco fotoluminescente ad una specifica lunghezza d'onda nello spettro elettromagnetico. Lo spettro elettromagnetico comprende l'intera gamma di onde luminose e suoni, da lunga lunghezza d'onda delle onde radio a breve lunghezza d'onda raggi gamma. Il picco si verifica appena fuori della lunghezza d'onda maggiore, o rosso, porzione dello spettro visibile che include la luce. TNT ha caricato questo picco caratteristico con altri materiali esplosivi, come esplosivi plastici e nitroglicerina, ma non con materiali sicuri.

La chiave di questo attributo comune, Hummel ha detto, sta nella composizione chimica degli esplosivi '- tutti contengono almeno due gruppi di "nitro", molecole costituite da un atomo di azoto legato a due atomi di ossigeno. Il picco è una linea spettrale stretta e sarebbe facile perdere se non si sa dove nello spettro per la ricerca, Hummel ha detto.

L'Università della scoperta della Florida di segnale TNT è stata avviata da una richiesta presso l'Ufficio di Ricerca dell'Esercito degli Stati Uniti che ha sfidato le università per trovare un modo per rendere economici, veloci e affidabili sistemi di rilevamento esplosivi. Per curiosità, uno degli studenti laureati Hummel ha testato TNT in fotoluminescenza spettrometro del laboratorio. Con la sua alta risoluzione, la macchina scansione attraverso l'intero spettro della luce e prese di segnale elusiva l'esplosivo è. "Ecco perché abbiamo individuato per la prima volta", ha detto Hummel.

"Questo è un fenomeno molto complesso", ha detto Chuck Schau, uno scienziato del Radiation Laboratory Raytheon Missile System Technology, che era anche una parte degli esperimenti su di rilevamento esplosivi utilizzando fotoluminescenza, ma inizialmente non ha rispettato il picco di TNT scoperto dal team di UF. Raytheon è ora interessato a seguire su questa scoperta, ha detto. Che lo sviluppo può comprendere un futuro per questa tecnologia di rilevamento che va oltre le linee aeroportuali e nella scoperta di materiali pericolosi su una scala molto più ampia - anche se che la tecnologia può essere ancora lontana.

"Se vedo una nave si avvicina, mi piacerebbe sapere se è imbottita di esplosivo," Schau ha detto. "E 'nel campo del telerilevamento che questo è eccitante. Questo sembra veramente può darci una gamba su quella."

Raccolta campioni per gli esplosivi è familiare a chiunque abbia da poco attraversato un aeroporto: un tampone spazzolato attraverso un oggetto, come una valigia, vestiti o addirittura una persona, o sbuffi d'aria saltare attraverso un filtro che può intrappolare piccole quantità di esplosivo trasportate dall'aria . Il vantaggio principale di fotoluminescenza rilevazione basata esplosivo è che può essere applicata a distanza, e non richiede né macchine in termini di tempo e costosi, né cani addestrati, ha detto Hummel, che ha chiesto un brevetto sulla tecnica.

"Il mio obiettivo principale è che vorrei contribuire a rendere un contributo alla vita sicura, aeroporti e trasporti", ha detto. "Solo un raggio laser su una nave un'auto, o una persona e vedere se quella lunghezza d'onda specifica ritorna - è il mio obiettivo."

Riferimenti: -

1) http://www.ufl.edu/

2) Manuale di raggi X e ultravioletti spettroscopia fotoelettronica da D.Briggs