Des chercheurs de l'Université de Houston ont signalé une nouvelle technique pour déterminer la composition chimique des matériaux à l'aide de la lumière proche infrarouge.

Le travail pourrait avoir un certain nombre d'applications potentielles, y compris l'amélioration de l'analyse du forage de fond dans l'industrie pétrolière et gazière et l'élargissement du spectre de la lumière solaire pouvant être récoltée et convertie en électricité, dit Wei Chuan Shih, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l'UH et auteur principal d'un article décrivant la découverte publié le 22 juin dans Lettres nano .

« D'un point de vue scientifique, c'est une découverte assez nouvelle d'exciter la résonance plasmonique dans le proche infrarouge et de la faire fonctionner pour nous, " il a dit.

Cela signifie que les substances qui ne peuvent pas être mesurées avec précision par des capteurs fonctionnant sur le spectre infrarouge peuvent désormais être étudiées beaucoup plus en détail que celles fournies par les techniques actuelles utilisant le spectre proche infrarouge.

En plus de Shih, les autres auteurs incluent les chercheurs post-doctoraux Greggy M. Santos et Oussama Zenasni et les étudiants diplômés Fusheng Zhao et Md Masud Parvez Arnob.

Spectroscopie utilisant le spectre infrarouge - une technique analytique utilisant la lumière infrarouge pour balayer et identifier la composition chimique des matières organiques, polymères et certains matériaux inorganiques - est un outil important, mais il a des limites. La lumière infrarouge est absorbée par l'eau, la technique ne fonctionne donc pas avec des échantillons à base d'eau.

Le balayage de lumière proche infrarouge est compatible avec l'eau, mais les techniques actuelles sont moins sensibles que celles utilisant d'autres longueurs d'onde.

« Pour surmonter ces obstacles, nous avons développé une nouvelle technique pour obtenir simultanément la détection chimique et l'indice de réfraction dans la gamme de longueurs d'onde NIR (proche infrarouge) de 1 à 2,5 m sur des disques d'or nanoporeux (NPG), qui présentent des points chauds plasmoniques à haute densité d'amélioration localisée du champ électrique, " ont écrit les chercheurs. " Pour la première fois, La spectroscopie d'absorption proche infrarouge à surface améliorée (SENIRA) a été démontrée pour la détection chimique de haute sensibilité. »

Shih a déclaré que travailler avec la lumière infrarouge proche est généralement "une épée à double tranchant, " car il peut être utilisé avec des échantillons à base d'eau mais ne fournit pas les détails nécessaires. " Nous avons montré que l'eau n'est pas un problème, mais on peut aussi augmenter de 10 la sensibilité de ce que l'on veut mesurer, 000 fois, " il a dit.

Lui et les membres de son laboratoire ont travaillé avec des disques d'or nanoporeux depuis la découverte de la structure en 2013. Pour ce projet, il a dit qu'ils "réglaient, " ou conçu, les nanodisques à réagir lorsqu'ils sont exposés à des longueurs d'onde spécifiques, permettant de développer une technique de détection avec les avantages du balayage infrarouge et proche infrarouge.

La technique a été testée avec divers échantillons de pétrole brut et d'autres hydrocarbures, et Shih a dit que cela pourrait être utile dans l'analyse des fluides de fond, qui utilise la spectroscopie proche infrarouge pour analyser les matériaux trouvés profondément dans un puits. La technique permet aux foreurs de savoir rapidement ce qui se trouve sous le sol ou les fonds marins, mais il a dit que la nouvelle technique pourrait simplifier le processus car elle nécessite un échantillon plus petit pour l'analyse, un avantage évident dans la caractérisation en laboratoire.

Oliver C. Mullins, un conseiller scientifique chez Schlumberger et le principal initiateur de l'analyse des fluides de fond, a déclaré que la découverte a un potentiel à la fois pour le laboratoire et le terrain.

"La spectroscopie optique a apporté des contributions importantes dans l'industrie pétrolière et gazière au-delà de la caractérisation en laboratoire, " dit-il. " En particulier, l'analyse in situ des fluides dans les puits de pétrole basée sur les harmoniques vibratoires et l'absorption électronique dans les longueurs d'onde visibles et proches de l'infrarouge est devenue une norme de l'industrie dans la diagraphie de puits filaire. SENIRA ouvre une perspective passionnante pour une meilleure technologie de capteurs potentielle sur le terrain et en laboratoire. »

Shih a déclaré que les chercheurs réfléchissaient à de nouvelles façons de faire les choses en utilisant cette technique. "Nous pouvons faire beaucoup de typage d'huile avec de minuscules quantités d'huile."

Bien que l'article utilise l'analyse de la composition des hydrocarbures comme exemple de la façon dont la technique pourrait être déployée, Shih a dit qu'il peut être appliqué à n'importe quelle espèce moléculaire. Cette large utilisation potentielle, outre la nouveauté de la technique, c'est pourquoi Lettres nano publié le document, il a dit.