Negli ultimi decenni, i sensori basati su metodi ottici hanno trovato largo impiego nei sistemi di monitoraggio di gas atmosferici così come nella misura di parametri fisici ambientali, quali deformazioni meccaniche, variazioni di temperatura o concentrazioni di sostanze gassose in ambiente.
Una parte considerevole dei dispositivi disponibili in commercio presenta serie limitazioni per quanto concerne i livelli di accuratezza, precisione e sensibilità richiesti per diverse applicazioni d’interesse. Tra queste, il controllo delle concentrazioni di gas inquinanti o di gas a effetto serra in atmosfera, con particolare riferimento agli ambienti urbani ed alle aree a rischio vulcanico.
Per queste applicazioni, infatti, si avverte da tempo la mancanza di strumentazione affidabile ed adeguata per analisi in tempo reale delle emissioni gassose che si accompagnano all’attività di tali aree.

I gas rilasciati da fumarole vulcaniche, ad esempio, sono veicolo d’informazioni sullo stato della camera magmatica sottostante, dal momento che le variazioni temporali della loro composizione possono essere messe in relazione alle reazioni chimiche che hanno luogo durante i movimenti del magma verso la superficie.
In questo contesto s’inserisce l’attività svolta, negli ultimi anni, dal gruppo di lavoro della sezione di Napoli dell’INOA che, già nell’ambito di un progetto in collaborazione con istituti italiani e stranieri (Progetto triennale 2000-2003 "Sviluppo di un sistema spettroscopico integrato per la rivelazione remota e in continua di gas vulcanici", finanziato dal Dipartimento per la Protezione Civile attraverso il Gruppo Nazionale di Vulcanologia dall’ INGV), ha realizzato uno spettrometro laser da campo, operante nel vicino infrarosso, per misure simultanee, in tempo reale, delle concentrazioni di acqua e anidride carbonica direttamente in siti vulcanici.

Tale spettrometro è basato su un sistema laser che emette nel vicino infrarosso ed una cella a riflessioni multiple dove avviene l'interazione tra la radiazione e il campione da analizzare.
Lo spettrometro è montato su breadboard trasportabili, e mediante l'utilizzo di fibre ottiche per telecomunicazioni è possibile realizzare misure in situ ed in tempo reale delle emissioni gassose.

Lo spettrometro è costruito utilizzando materiali, quali lega di Titanio o acciaio inox, che ne aumentano la resistenza in ambienti ostili, con emissioni chimicamente aggressive, quali possono essere le aree vulcaniche.
Il metodo di misura, semplice ed accurato, garantisce prestazioni confrontabili se non addirittura migliori di molti comuni dispositivi commerciali, mostrando inoltre la possibilità di lavorare in ambienti chimicamente aggressivi ed in presenza di specie diverse.
Sono state realizzate diverse campagne di misure in diverse aree, quali quelle della Solfatara, vicino Napoli, e l'isola di Vulcano, alle Eolie.

Nel corso del 2007, con una configurazione leggermente modificata, basata sull’utilizzo di una cella di assorbimento di soli 20cm, e sulla rivelazione della sola anidride carbonica, si è verificato il funzionamento dello spettrometro come strumento in continua e quasi indipendente dall’intervento umano per campagne di monitoraggio durate alcuni giorni, sia nell’area flegrea che in provincia di Anzio.
La campagna è stata realizzata in collaborazione con il GFZ, GNV utilizzando sia lo spettrometro laser che uno spettrometro di massa di tipo commerciale.

A partire dal 2008 si sta lavorando per istallare una stazione di monitoraggio continua in località "Pisciarelli" ad Agnano, sempre nella zona dei Campi Flegrei.
La stazione attualmente è costituita da una linea di gas, implementata con la collaborazione di INGV, Napoli e GFZ, Potsdam, che viene analizzato in tempo reale mediante uno spettrometro di massa di tipo commerciale, e mediante campionamenti periodici analizzati aon gascromatografo. E' previsto che anche lo spettrometro laser venga istallato nella stazione.

2009 Località Pisciarelli, Campi Flegrei

L. Gianfrani and P. De Natale
"Remote measurements of volcanic gases using a diode-laser-based spectrometer"
Optics and Photonics News 11, 44 (2000).

P. De Natale, G. De Natale, P. Ferraro, and L. Gianfrani
"Optical Methods in Earth Sciences"
Optics and Lasers in Engineering 37, 87-89 (2002).

A. Rocco, - G. De Natale, - P. De Natale, - G. Gagliardi, - L. Gianfrani
"A diode-laser based spectrometer for in-situ measurements of volcanic gases",
Appl. Physics B 78 , (235-240)(2004)

P. De Natale, G. De Natale, G. Gagliardi, L. Gianfrani, and A. Rocco
"Novel laser-based techniques for monitoring of volcanoes"
Annals of Geophysics 48, n.4/5, 767-773 (2005).

De Rosa M., Gagliardi G., Rocco A., Somma R., De Natale P., De Natale G.
"Continuous in situ measurements of volcanic gases with a diode-laser-based spectrometer: CO₂ and H₂O concentration and soil degassing at Vulcano (Aeolian islands: Italy)"
GEOCHEMICAL TRANSACTIONS. (2007).