BYU-onderzoekers hebben een geminiaturiseerde, draagbare versie van een tool die nu in staat is om de atmosfeer van Mars te analyseren - en dat is slechts een van de talloze mogelijke toepassingen.

Massaspectrometers bieden al tientallen jaren een relatief snelle en zeer gevoelige manier om chemische verbindingen te analyseren en te detecteren. Maar hun omvangrijke formaat was een belemmering, hun potentieel in het veld beperken.

Maar na 12 jaar het probleem te hebben onderzocht, BYU-hoogleraar scheikunde Daniel Austin, samen met professor elektrotechniek Aaron Hawkins en andere collega's, heeft een veel kleinere spectrometer ontwikkeld die nog steeds de mogelijkheden van zijn grotere tegenhangers heeft.

"Het doel was om te nemen wat anders een enorme, tafelinstrument tot iets dat klein genoeg is om bij je te dragen, " zei Austin, wiens bevindingen onlangs werden gepubliceerd in het Journal of the American Society for Mass Spectrometry.

Hoewel er in het verleden kleinere spectrometers zijn ontwikkeld, ze zijn over het algemeen minder gevoelig geweest en hebben meer kans om kapot te gaan. Maar een kleine spectrometer waarvan de capaciteit en sterkte niet worden geminimaliseerd door zijn grootte, Austin zei, opent een wereld van potentiële toepassingen, waaronder het volgende:

• Een geminiaturiseerde massaspectrometer kan chemische wapens detecteren en vinden, het minimaliseren van gevaar voor soldaten in een bepaalde regio.
• Op het gebied van binnenlandse veiligheid, geminiaturiseerde massaspectrometers kunnen helpen bij het opsporen van explosieven op luchthavens of elders.
• Voor forensische onderzoekers, draagbare spectrometers kunnen helpen bij een reeks behoeften op locatie, inclusief het bepalen of een wit poeder een illegale drug is of iets goedaardigs.

"Omdat massaspectrometers doorgaans groot en duur zijn en technici nodig hebben om te werken, niet veel mensen kunnen er toegang toe krijgen, " zei Yuan Tian, een studie co-auteur en recente BYU chemie Ph.D. grad. "Maar geminiaturiseerde massaspectrometers zijn bedoeld om deze traditionele problemen te overwinnen door hun fysieke grootte te verkleinen, gewicht en kosten."

Dat, beurtelings, "biedt een snellere en eenvoudigere manier voor analyse van verbindingen, " voegde mede-co-auteur en scheikunde Ph.D. grad Ailin Li toe.

Ion trap massaspectrometers werken typisch door metalen elektroden die een elektrisch veld creëren. Op dat elektrische veld wordt een radiofrequentiesignaal toegepast, die ionen opsluit. Wetenschappers verzamelen monsters, ioniseer ze, vang de ionen op en werp die ionen vervolgens uit en detecteer ze op basis van hun massa, die hen vervolgens de chemische samenstelling van het monster vertelt.

Austin en zijn collega's gebruiken een proces genaamd microlithografie op keramische en glasplaten om de ionenvallen te miniaturiseren. De ruimte tussen de platen is minder dan een millimeter en is "waar de actie gebeurt, "Austin zei, eraan toevoegend dat het resulterende apparaat honderd keer lichter en kleiner is dan een conventionele ionenval.

Dit specifieke project werd gedeeltelijk gefinancierd door de National Science Foundation, en aanverwant onderzoek is ook gefinancierd door NASA en het Amerikaanse ministerie van Defensie. De spectrometer van het team wordt nu bekeken voor commerciële ontwikkeling.

"Draagbare massaspectrometrie zal veel toepassingen mogelijk maken die u nu gewoon niet kunt doen, Austin zei. "Er is veel nieuwe wetenschap die kan worden gedaan met een instrument dat overal mee naartoe kan worden genomen. In plaats van monsters naar een afgelegen laboratorium te sturen en te wachten op resultaten, een draagbaar instrument kan onmiddellijk resultaat geven, snelle beslissingen mogelijk maken."