The Laser Fluorosensor (2/4)

Ανίχνευση και τασξινόμιση των πετρελαιοκηλίδων

Το πετρέλαιο ανήκει στις ουσίες που απορροφούν το φως και εκ νέου εκπέμπουν μέρος αυτού, όπως το φθορισμό. Ο βαθμός απορρόφησης είναι ισχυρός στο υπεριώδης και μειώνεται μονοτονικά με την αύξηση μήκους κύματος του ορατού φάσματος (μπλε, πράσινο, κίτρινο, κόκκινο). Δεδομένου ότι η απορρόφηση καιο φθορισμός είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους, η ένταση της εκπομπής φθορισμού μειώνεται επίσης με την αύξηση του μήκους κύματος. Η ισχυρή εκπομπή φθορισμού καθιστά εύκολο τον εντοπισμό πετρελαίου. Ως εκ τούτου, τα λέιζερ παλμών χρησιμοποιούνται με μήκη κύματος εκπομπής στο υπεριώδες από περίπου 250 έως 350 nm.

Οι παρακάτω φωτογραφίες, οι οποίες ελήφθησαν στο εργαστήριο, απεικονίζουν τη φωτεινή εκπομπή φθορισμού των λιπαντικών ελαίων όταν φωτίζονται με ακτινοβολία λέιζερ UV στα 355 nm. Το αποτέλεσμα αυτό καθιστά δυνατό τον εντοπισμό πετρελαίου στην επιφάνεια της θάλασσας με ένα λέιζερ fluorosensor που λειτουργεί σε αεροσκάφος.

Αριστερά: ένα παχύ στρώμα λαδιού λίπανσης φωτίζεται με ακτινοβολία λέιζερ UV σε 355 nm μήκος κύματος. Η ακτινοβολία λέιζερ είναι αόρατη στο μάτι και στην φωτογραφική μηχανή. Η επιφάνεια του λαδιού εκπέμπει ένα φωτεινό μπλε φθορισμό, το βαθύτερο λάδι είναι ορατό με ανοικτό καφέ χρώμα. Δεξιά: Λεπτές ταινίες λιπαντικού ελαίου σε μια θδάτινη επιφάνεια φωτίζονται με ακτινοβολία λέιζερ και εκπέμπουν μπλε φθορισμό. Το πετρέλαιο χωρίς νερό δεν φθορίζει και παραμένει σκοτεινό στην εικόνα.

Η ακτινοβολία με λέιζερ χαρακτηρίζεται από ένα πολύ μικρό εύρος ζώνης: το φάσμα είναι μια απότομη γραμμή. Αυτό ονομάζεται μονοχρωματική ακτινοβολία, βλ. κεφάλαιο 2 του μαθήματος Τηλεπισκόπηση με χρήση λέιζερ. Ο φθορισμός του ελαίου έχει συγκριτικά πολύ μεγαλύτερο εύρος ζώνης. Κατά κανόνα, τα φάσματα εκπομπής φθορισμού έχουν πάντοτε υψηλότερα μήκη κύματος από εκείνες του exciting/συναρπαστικού φωτός. Το σχήμα τους, δηλαδή, η ένταση ως συνάρτηση του μήκους κύματος, διαφέρει για διαφορετικούς τύπους ελαίου.

Ελαφρά έλαια, όπως τη βενζίνη και το ντίζελ φθορίζουν στα υπεριώδες ή μπλε μήκη κύματος. Ta βαριά λάδια που φαίνoνται σκούρο καφέ ή μαύρα και απορροφούν το φως έντονα φθορίζουν λιγότερο έντονα, και oι εκπομπές τους καλύπτoυν όλο το ορατό φάσμα.

Φάσματα φθορισμού των διαφόρων τύπων ελαίων μετά την ακτινοβόληση με υπεριώδες φως στα 308 nm μήκος κύματος. Οι καμπύλες δείχνουν την ένταση του φθορισμού σε σχέση με το μήκος κύματος μεταξύ 320 nm (UV) και 685 nm (κόκκινο). Οι καμπύλες ρυθμίζονται σύμφωνα με την ίδια συνολική (δηλαδή, ολοκληρωμένα πάνω σε όλα τα μήκη κύματος) ένταση του φθορισμού, προκειμένου να τονίσει το σχήμα των φασμάτων. Η απόλυτη ένταση φθορισμού των βαρέων ελαίων είναι πολύ ασθενέστερη από εκείνη των ελαφρών ελαίων και δεν μπορεί να απεικονιστεί στο γράφημα χωρίς εξομάλυνση.

Το ανωτέρω διάγραμμα απεικονίζει τις διαφορές των φασμάτων φθορισμού των διαφόρων τύπων ελαίων. Αυτά τα έλαια μπορούν να ανιχνευθούν με λέιζερ fluorosensor, και έχουν ταξινομηθεί από την ανάλυση των φασμάτων φθορισμού τους. Ειδικότερα, τα λιγότερο βλαβερά φυτικά έλαια και τα ιχθυέλαια μπορεί να διακριθούν από τα ορυκτέλαια.

Θα βρείτε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις μοριακές ιδιότητες του φθορισμού στο συμπλήρωμα 2, κεφάλαιο 7 του μαθήματος για Τηλεπισκόπηση με χρήση λέιζερ.