El agua es vital para nuestra supervivencia, pero su consumo en exceso puede generar efectos adversos, incluso fatales.

El efecto fotoacústico se define como la generación de ondas de sonido después que la luz se absorbe en un material.

Para ello poder lograr este efecto, se varía la intensidad de la luz periódicamente o se aplica solo como un destello. Entonces se miden los cambios de presión resultantes de su paso por el material para cuantificar el sonido generado con detectores acústicos apropiados.

Se trata de un fenómeno bastante útil para estudiar sustancias que contienen compuestos en concentraciones extremadamente bajas e identificarlas con una alta especificidad. Un ejemplo de ello es el agua, que para poder ser ingerida sin riesgos, debe estar libre de microorganismos y contener un mínimo de minerales. Muchas veces, aún después de someterse a tratamiento para ello, esta aún contiene ciertos compuestos en concentraciones sumamente pequeñas.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Missouri y de la Universidad de Guanajuato, en México, decidieron aprovechar estas capacidades, y se unieron para diseñar un instrumento que sirviera para examinar la calidad de líquidos como el agua, basado precisamente en este efecto.

Las limitaciones actuales

Actualmente, la detección de ultrasonido inducida por láser tiene una amplia aplicación en análisis médicos, caracterización de materiales e incluso a nivel ambiental. Para medir la velocidad del sonido en líquidos, suele utilizar un interferómetro ultrasónico de cristal único, un equipo que requiere un volumen sustancial de líquido superior a los 10 mililitros. Teniendo este límite, es difícil hacer mediciones en muestras de bajo volumen.

También existen otros métodos como el de la rejilla transitoria, entre otros que además de la velocidad del sonido, brindan información adicional de utilidad como la difusividad térmica y los parámetros de amortiguación. El problema con ellos es que son de alto costo y su uso bastante complejo, requiriendo la mayoría de las veces de especialista que lo opere.

El nuevo equipo: ping de sonido inducido por láser (LISP)

Para dar solución a estas limitaciones, los investigadores han propuesto un método basado en láser que permite medir directamente la velocidad del sonido en volúmenes de líquido diminutos superiores a 25microlitros. Se trata de un dispositivo simple, económico y con un alto grado de precisión que promete ser eficiente en sus labores.

Gary A. Baker, profesor asociado de química, explicó de manera sencilla el funcionamiento del dispositivo:

“Usemos los platillos como una analogía. La luz solar hace que los platillos se calienten y crean un sonido de timbre constante. Aquí, en una escala mucho más pequeña, creamos el mismo efecto enviando destellos de luz láser a nuestro diminuto platillo casero, que es la cinta, y medimos la velocidad del sonido que se genera”.

La técnica ha sido denominada ping de sonido inducido por láser (LISP) ya que fue inspirada del ping de sonar submarino, y los autores la relacionan con el uso un láser de eliminación de tatuajes de bajo costo.

Esta máquina envía una serie de destellos de luz breves que duran aproximadamente 10 nanosegundos y viajan a través de un cable de fibra óptica envuelto en un extremo con cinta eléctrica líquida para pintar. El extremo sumergido en el líquido convierte la luz láser en un sonido, que es grabado por el micrófono (el detector mencionado al principio), y los datos se van analizando en tiempo real.

Efectividad y aplicación de LISP

Agua De Mar
El método LISP sirve para evaluar la calidad del agua resultante de procesos de desalinización.

Los investigadores han verificado su funcionamiento con muestras de agua salada, diluciones de leche bovina y líquido iónicos:

“Validamos el concepto de LISP y demostramos sus capacidades únicas mediante el análisis de una variedad de muestras en función de la velocidad del sonido: la salinidad del agua, diluciones de la leche bovina, y la caracterización de líquidos iónicos representativos”.

Luis Polo-Parada, profesor asociado de farmacología y fisiología en la Escuela de Medicina de la Universidad de Missouri, asegura que al aplicarse a agua potable, el LISP detectará cualquiera anomalía en sus propiedades físicas:

“Si el agua no es potable, entonces nuestro método le dirá que algo está mal con el agua. Por ejemplo, si una instalación elimina la sal del agua de mar para que el agua sea segura para beber, nuestro método puede ayudar a alertar a la instalación sobre posibles cambios, como un problema con el proceso de desalinización”.

Su aplicación es sumamente variada: industria de bebidas alcohólicas, la cantidad de aceite inferior en aceites de oliva fraudulentos y la calidad de la miel, y la cantidad de azúcar o sustitutos del azúcar en los refrescos.

Por ahora, el equipo está intentando perfeccionar sus métodos de grabación del sonido y demás equipos para ofrecer un método más óptimo y económico para que las empresas mejoren el control de calidad de los líquidos.

Referencias:

Laser-induced sound pinging (LISP): A rapid photoacoustic method to determine the speed of sound in microliter fluid volumes. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400519306021?via%3Dihub

‘Liquid forensics’ could lead to safer drinking water, MU study finds. https://nbsubscribe.missouri.edu/news-releases/2019/0708-liquid-forensics-could-lead-to-safer-drinking-water-mu-study-finds/