Experimental advanced methods for gas optical sensing

Lo studio delle linee di assorbimento degli odoranti di gas metano mediante spettrometria UV ed a luce bianca viene effettuata attraverso uno specifico setup, sfruttando appositi strumenti, quali: Spettrometro, lampada al deuterio ed alcune valvole. L'obiettivo principale è quello di rilevare la presenza degli odoranti più comuni e utilizzati nei condotti di distribuzione di gas naturale, ovvero il THT (tetraidrotiofene) e il TBM (butilmercaptano terziario). I risultati ottenuti da questa esperienza sono stati abbastanza soddisfacenti, consentendo di ottenere lo spettro di assorbimento degli odoranti, in modo affine a quello che si potrebbe ottenere sfruttando apparecchiature di laboratorio assai più complesse. Inoltre, è stata esplorata anche l'innovativa tecnica QEPAS, con l'obiettivo di dimostrare per la prima volta nei laboratori Julight l'utilizzo di questa tecnica. Il lavoro è iniziato con la caratterizzazione di due diversi Quartz Tuning Fork (QTF), dispositivi utilizzati per aumentare la sensibilità della spettroscopia fotoacustica (PAS) per il rilevamento di gas. Grazie ad un laser a semiconduttore pilotato da una corrente modulata è possibile eccitare il gas quando questo è presente tra le astine del QTF. Il segnale, ottenuto tramite l'acquisizione con un oscilloscopio digitale Picoscope, mostra chiaramente la differenza tra le due condizioni di assenza e presenza di gas metano intorno al QTF, confermando i risultati sperimentali minimi attesi.

The investigation of the absorption lines of methane odorants gases using UV white-light spectrometry is performed through a specific setup, exploiting apposite instruments such as: Spectrometer, Deuterium lamp and some valves. The main objective was to detect the presence of the most common odorants used in natural gas distribution pipelines, that are THT (tetrahydrothiophene) and TBM (tertiary butyl mercaptan). The results obtained from this setup were quite satisfactory, allowing to obtain the absorption spectrum of odorants, in a way similar to what could be obtained only using more complex laboratory equipment. Additionally, the innovative QEPAS technique was also explored, aiming at demonstrating for the first time in the Julight laboratories the use of this technique. The work began with the characterization of two different Quartz Tuning Fork (QTF), that are devices used to increase the sensitivity of Photoacoustic Spectroscopy for methane detection. By means of a semiconductor laser driven by a modulated current it’s possible to excite the gas when it is present between the prongs of the QTF. The signal, obtained through the acquisition with a Picoscope digital oscilloscope, clearly shows the difference between the two conditions of the absence and presence of methane gas around the QTF, confirming the expected minimum experimental results.