Een sensor voor het detecteren van giftige gassen is nu kleiner, sneller en betrouwbaarder. Dankzij zijn prestaties kan hij worden geïntegreerd in een zeer gevoelig draagbaar systeem voor het detecteren van chemische wapens. Betere miniatuursensoren kunnen ook snel toxines in de lucht detecteren waar ze voorkomen, het verstrekken van belangrijke informatie om hulpverleners te helpen veilig en effectief te reageren op een incident.

Chemische identificatie omvat meestal het verzamelen van een monster op de plaats van een chemische vrijlating en het terugbrengen naar een kamer vol apparatuur die wordt bediend door opgeleid personeel. De machines doorzoeken een monster van verschillende gassen en wegen de moleculen om hun identiteit te bepalen. En hoewel draagbare versies van deze instrumenten, bekend als massaspectrometers, zijn in de handel verkrijgbaar, ze zijn minder gevoelig dan hun lab-gebaseerde tegenhangers.

Al meer dan 20 jaar, onderzoekers van Sandia National Laboratories hebben gewerkt om de prestatiestraf voor draagbare gasdetectie te vermijden. Hun sensoren maken gebruik van een techniek genaamd gaschromatografie, of kortweg GC.

Instrumenten ter grootte van een aktetas van Sandia hebben 22 maanden lang onafgebroken naar zenuw- en blaarmiddelen gesnoven in de metro van Boston zonder vals alarm. Sensoren ter grootte van een AA-batterij kunnen een stof in het zweet detecteren die gesmokkelde mensen signaleert. Handbediende gassensorsystemen kunnen ook de gezondheid van gewassen monitoren door gassen te identificeren die planten afgeven bij stress door droogte of ziekte.

Nutsvoorzieningen, Jozua Whiting, een analytisch chemicus bij Sandia, en zijn collega's verkleinden hun sensor tot ongeveer de grootte van een dollarbiljet, terwijl ze ook de prestaties van de sensor verbeterden. Het systeem scheidt nu twee keer een gasmonster, maar de volledige analyse gebeurt in minder dan 10 seconden. De extra scheidingsstap vermindert interferentie van oplosmiddelen, schoonmaakmiddelen en dieselbrandstof die ook in de lucht kunnen zijn tijdens het vrijgeven van chemische wapens. Minder interferentie betekent ook dat het signaal voor gedetecteerde doelverbindingen betrouwbaarder is. "Het percentage valse alarmen voor dit multidimensionale GC-systeem is zelfs lager dan voorheen, ' zei Whiting.

In een onlangs gepubliceerd artikel in Lab op een chip , de onderzoekers gebruikten de sensor om elk ingrediënt van een mengsel van 29 verbindingen in zeven seconden te identificeren. Het systeem detecteerde ook betrouwbaar verbindingen die mosterdgas en op fosfonaat gebaseerde zenuwgassen simuleren gedurende 40 dagen continu gebruik.

"Met snelle analyse, operators kunnen op tijd leren over een blootstelling aan giftige gassen zodat mensen persoonlijke voorzorgsmaatregelen kunnen nemen, een gebied evacueren en mogelijke schade beperken, Whiting zei. De truc voor die snelle analyse is een drukklep in de sensor die regelt hoe snel gassen door elke scheidingsstap stromen. Door deze stroom met druk te regelen, verbruikt de sensor minder energie dan vergelijkbare temperatuurgestuurde systemen.

Energie-efficiëntie, gecombineerd met betrouwbare detectie in een steeds kleiner pakket, stelt de onderzoekers klaar voor de volgende fase van het project:het bouwen van een volledig draagbaar analytisch systeem met geïntegreerde chemische scheiding, selectieve detectie en geautomatiseerde gegevensanalyse die even goed of beter presteert dan laboratoriumapparatuur.

Het grootste deel van de financiering voor het onderzoek naar microgasdetectie is afkomstig van het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en het Defense Threat Reduction Agency (DTRA), samen met wat financiering van Sandia's Laboratory Directed Research and Development-programma. De onderzoekers zijn nu op zoek naar financiering om het geïntegreerde systeem te bouwen en extra functionaliteiten op te nemen die kunnen concurreren met apparatuur op laboratoriumschaal.