Refractometric Sensing of Heavy Oils in Fluorescent Core Microcapillaries
La détection réfractométrique des huiles lourdes dans les microcapillaires à cœur fluorescents
Department of Physics, University of Alberta, Edmonton, AB, T6G2E1 – Canada
e-mail: ameldrum@ualberta.ca
* Corresponding author
The refractometric sensing of calibrated heavy oils (density > 1 000 kg/m3) is demonstrated using fluorescent-core microcapillaries. A 25-micron capillary channel was first coated with a high-index layer of fluorescent silicon Quantum Dots (QD). This QD film supports the development of cylindrical Whispering Gallery Mode (WGM) resonances inside the capillary. Heavy oils spanning a wide range of refractive index were pumped into the capillary channel, causing large shifts in the fluorescence WGM resonant wavelengths. The sensitivity for heavy oils approached 250 nm per Refractive Index Unit (nm/RIU) at the higher oil indices, which is the highest sensitivity so far observed for a refractometric sensor operating in the fluorescence mode. This suggests that fluorescent core microcapillaries may be a viable microfluidic alternative for refractometric or chemical sensing in various stages of oil and gas processing, monitoring and usage.
Résumé
La détection par réfractométrie d’huiles lourdes calibrées (densité > 1 000 kg/m3) a été démontrée à l’aide de micro-capillaires à cœurs fluorescents. La surface interne d’un capillaire de 25 microns a d’abord été revêtue d’une couche de silicium fluorescent à haut indice de réfraction (fluorescent silicon Quantum Dots, QD). Ce film de QD permet le développement de résonances cylindriques en mode galerie (Whispering Gallery Mode, WGM) à l’intérieur du capillaire. Les huiles lourdes recouvrant une gamme étendue de l’indice de réfraction ont été injectées dans le canal du capillaire, provoquant de grands changements pour les longueurs d’onde de résonance WGM. La sensibilité des huiles lourdes aux indices de réfraction les plus élevés, est d’environ 250 nm par Unité d’Indice de Réfraction (nm/UIR), ce qui est la sensibilité la plus élevée observée jusqu’à présent pour un capteur réfractométrique fonctionnant en mode fluorescent. Cela est une indication que les microcapillaires à cœurs fluorescents pourraient être une alternative viable par microfluidique pour la détection chimique ou par réfractométrie lors des divers stades de la transformation, du contrôle et de l’utilisation du pétrole et du gaz.
© V. Zamora et al., published by IFP Energies nouvelles, 2013
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