Simultaneous laser-based detection of nitric oxide and carbon dioxide for breath analysis

A prototype of laser-based spectrometer for the detection of nitric oxide and carbon dioxide in human breath has been designed, implemented and tested. Nitric oxide has a major clinical relevance in patients suffering from asthma and respiratory inflammations. Its detection is not trivial because of a typical concentration of 15 parts per billion (ppb), which requires an instrument with a high sensitivity. To this purpose, an optical lay-out has been developed including a quantum-cascade-laser emitting in the mid-infrared, a multi-pass cell and a wavelength-modulation spectroscopy technique. Current results attest a lowest limit of detection of 2 ppb and an unambiguous discrimination between nitric oxide and carbon dioxide.

Si è progettato, implementato e testato un prototipo di spettrometro laser per la rilevazione di monossido di azoto e anidride carbonica nel respiro umano. Il monossido di azoto trova particolare rilevanza clinica in patologie quali asma e infiammazioni polmonari. La sua rilevazione non è banale in quanto concentrazioni tipiche sono dell’ordine di 15 parti per miliardo (ppb), esigendo quindi uno strumento ad alta sensitività. Allo scopo, si è sviluppato un sistema ottico che include un laser a cascata quantica ad emissione nel medio infrarosso, una cella multipasso e una tecnica spettroscopica di modulazione in lunghezza d’onda. I risultati attuali attestano un limite di rilevazione a 2 ppb e una discriminazione univoca tra monossido di azoto e anidride carbonica.