Een op laser gebaseerde sensor die bij KAUST is ontwikkeld, zou de monitoring van benzeenemissies kunnen verbeteren en de blootstelling aan deze verontreinigende stof kunnen beperken. In samenwerking met Saudi Aramco, KAUST-onderzoekers hebben een apparaat ontwikkeld dat extreem lage concentraties benzeen in realtime nauwkeurig detecteert.

Benzeen kan ernstige gezondheidsproblemen veroorzaken, waaronder kanker en de bloedgerelateerde ziekte aplastische anemie. Deze schadelijke vluchtige verbinding, die afkomstig is van natuurlijke bronnen en menselijke activiteiten, bestaat voornamelijk in industriële omgevingen, variërend van ruwe olie en petrochemische verwerkingsfaciliteiten tot tankstations, de gezondheid van de werknemers in gevaar brengen. Het is ook aanwezig in uitlaatgassen van voertuigen, op biomassa gebaseerde verwarmingsbrandstoffen en sommige consumentenproducten, wat kan leiden tot gevaarlijke blootstelling.

Typische benaderingen die zijn ontworpen om benzeenemissies te beheersen, zijn gebaseerd op gaschromatografie en massaspectrometrie, maar vereisen strikte onderhoudsschema's, complexe monsternameprotocollen en tijdrovende metingen. In de handel verkrijgbare sensoren vertonen interferentieproblemen van andere componenten van de omgevingslucht en detectielimieten van meer dan 100 delen per miljard, niet voldoen aan de aanbevolen drempels.

Nutsvoorzieningen, een team onder leiding van Aamir Farooq - in een project gefinancierd door de afdeling Milieubescherming van Saudi Aramco - heeft een compacte lasergebaseerde sensor ontwikkeld die een hoge selectiviteit en gevoeligheid voor benzeen vertoont met een detectielimiet van twee delen per miljard, beter presteren dan bestaande apparaten. Robuust genoeg voor veldtoepassingen, de sensor voert metingen in seconden uit zonder voorafgaande kalibratie.

Om deze ongekende gevoeligheid te bereiken, de onderzoekers ontwierpen een sensor met wanden die bestaan ​​uit twee parallelle concave spiegels die tegenover elkaar staan ​​om een ​​holte rond het monster te vormen. De holte vangt de laserstraal op, die tussen de spiegels heen en weer blijft reflecteren. "Op deze manier, het legt een aanzienlijk grotere afstand door het monster af dan de scheiding tussen de spiegels, " legt promovendus Mhanna Mhanna uit, wie de experimenten heeft uitgevoerd. "Het stelt ons in staat om concentraties te detecteren die drie orden van grootte lager zijn dan in een conventionele sensor, " hij voegt toe.

Het team van Farooq optimaliseerde de lichtabsorptie van benzeen door de lasergolflengte te selecteren en wiskundig elke interferentie van methaan te elimineren, ethyleen en waterdamp. Dit leverde nauwkeurige benzeenconcentraties op in aanwezigheid van storende componenten.

De sensor detecteerde sporen van benzeen in echte monsters die op verschillende locaties waren verzameld. Bijvoorbeeld, de sensor detecteerde doordeweeks hogere benzeenconcentraties in parkeergarage dan in het weekend, overeenstemming met de verkeerssituatie. Tankstations vertoonden de hoogste niveaus, maar deze bedragen lagen ruim onder de aanbevolen drempels.

"De sensor kan aan een drone worden bevestigd of met de hand worden gedragen om doelgebieden dagelijks te scannen op benzeenemissies, ", zegt Mhanna. Het team onderzoekt ook manieren om de sensor draagbaarder te maken.