UNAM Juriquilla

Una forma de medir la concentración de contaminantes en la atmósfera es calculando la intensidad de la luz solar que pasa por ella y se refleja sobre la superficie terrestre, para posteriormente ser analizada mediante la espectroscopia, dicha disciplina es una parte de la Física que estudia la relación entre la luz y la materia.

Para la medición de concentración de gases por medio de la espectroscopia es necesario utilizar una técnica que permita determinar los gases de la atmósfera, por lo que el método indicado es la técnica por absorción, la cual está basada en la propiedad de la materia de absorber radiación en una región delimitada del espectro electromagnético.

Dentro del campo de la espectroscopia por absorción se encuentra la técnica DOAS (espectroscopia por absorción diferencial óptica), que consiste en múltiples mediciones en distintas longitudes de onda de la intensidad de la luz que atraviesa un medio compuesto de distintas especies de gases, que absorben en diferentes longitudes de onda; con esto se puede construir un conjunto de modelos matemáticos (para cada longitud de onda medida), a través de la Ley Beer Lambert.

Por otra parte, para determinar la concentración de gases se requiere también conocer la intensidad de la luz solar antes de atravesar la atmósfera, el espesor de la atmósfera y la capacidad de absorción para cada especie.

Existen tres modos para realizar las mediciones de intensidad de la luz solar, en el modo Nadir, el satélite dirige el instrumento hacia el centro de la Tierra, de forma que toma muestras de luz del Sol reflejada por debajo del satélite.

En el modo Limb, el satélite dirige el instrumento perpendicularmente a una línea imaginaria dirigida al centro de la Tierra, de tal forma que el instrumento toma muestras a distintas altitudes sobre la región de interés. Por último, en el modo Ocultamiento, el instrumento es dirigido hacia el Sol, la Luna o las estrellas de forma que se mide directamente cuando para por la atmósfera.

Dentro de los componentes de un espectrómetro se tiene la rejilla, que se encarga de limitar la luz; un lente colimador, que alinea los haces; un elemento dispersivo, que separa la luz y que a través de un lente de enfoque proyecta la luz dispersada a un detector, el cual funcionando como transductor convierte la luz detectada en una señal eléctrica, para su posterior análisis.

El tipo de espectrómetro se define por el tipo de elemento de dispersión que se utiliza, en el caso del rango espectral de ultravioleta se hace necesario el uso de una celda de dispersión, de lo cual se toma ventaja en el caso de los instrumentos espaciales porque no tiene elementos móviles, lo cual disminuye el riesgo de falla. Otros tipos de espectrómetros utilizan como elemento dispersivo a los prismas o a los interferómetros (por ejemplo Fabry Perot o Michelson).

En cuanto al detector, debido a que para la técnica DOAS se tienen que hacer múltiples mediciones en un mismo tiempo, se requiere de un detector multicanal, los dispositivos de carga acoplada CCD (charge coupled device) son los dispositivos más populares, pero también se usan arreglos de fotodiodos.

*Investigador del Centro de Alta Tecnología de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla

Twitter: @UNAM_Juriquilla