便攜式氣體檢測縮小到新的尺寸

用于檢測有毒氣體的傳感器現(xiàn)在更小，更快且更可靠。它的性能使其可以集成到一個高度敏感的便攜式系統(tǒng)中，用于檢測化學(xué)武器。更好的微型傳感器還可以快速檢測出現(xiàn)的空氣中的毒素，提供關(guān)鍵信息，幫助應(yīng)急人員安全有效地應(yīng)對事故。

化學(xué)鑒定通常涉及在化學(xué)品釋放現(xiàn)場收集樣品并將其帶回充滿由受過培訓(xùn)的人員操作的設(shè)備的房間。機(jī)器篩選各種氣體樣品并稱量分子以確定它們的身份。雖然這些儀器的便攜式版本(稱為質(zhì)譜儀)已經(jīng)商用，但它們的靈敏度低于基于實驗室的同類產(chǎn)品。

20多年來，桑迪亞國家實驗室的研究人員一直致力于避免便攜式氣體檢測的性能損失。他們的傳感器采用了一種稱為氣相色譜的技術(shù)，簡稱GC。

來自桑迪亞的公文包大小的儀器在波士頓地鐵中持續(xù)嗅探神經(jīng)和水皰劑22個月而沒有誤報。關(guān)于AA電池大小的傳感器可以檢測到汗水中的化合物，這些化合物是走私人類的信號。手持式氣體傳感器系統(tǒng)還可以通過識別植物在受到干旱或疾病壓力時釋放的氣體來監(jiān)測作物健康狀況。

現(xiàn)在，Sandia的分析化學(xué)家Joshua Whiting及其同事將傳感器縮小到大約一美元鈔票的大小，同時也提高了傳感器的性能。該系統(tǒng)現(xiàn)在將氣體樣品分離兩次，但整個分析在不到10秒的時間內(nèi)完成。額外的分離步驟減少了化學(xué)武器釋放期間也可能在空氣中的溶劑，清潔劑和柴油燃料的干擾。較少的干擾也意味著檢測到的目標(biāo)化合物的信號更可靠。“這個多維GC系統(tǒng)的誤報率甚至比以前更低，”Whiting說。

在最近發(fā)表在芯片實驗室的一篇論文中，研究人員使用傳感器在7秒內(nèi)識別出29種化合物混合物的每種成分。該系統(tǒng)還可以在連續(xù)操作40天內(nèi)可靠地檢測到模擬芥子氣和膦酸鹽基神經(jīng)毒劑的化合物。

“通過快速分析，操作員可以及時了解有毒氣體的暴露情況，以便人們采取個人預(yù)防措施，疏散一個區(qū)域并減少潛在的損害，”Whiting說?？焖俜治龅募记墒莻鞲衅髦械膲毫﹂y控制氣體流過每個分離步驟的速度。用壓力控制這種流量意味著傳感器比類似的溫度控制系統(tǒng)使用更少的能量。

能源效率與日益小規(guī)模的可靠檢測相結(jié)合，使研究人員進(jìn)入項目的下一階段：建立一個完全便攜的分析系統(tǒng)，集成化學(xué)分離，選擇性檢測和計算機(jī)化數(shù)據(jù)分析，其性能或更好比實驗室設(shè)備。

微氣體傳感研究的大部分資金來自國防高級研究計劃局(DARPA)和國防威脅降低機(jī)構(gòu)(DTRA)，以及桑迪亞實驗室指導(dǎo)研究和開發(fā)計劃的一些資金。研究人員現(xiàn)在正在尋求資金來建立集成系統(tǒng)，并納入可與實驗室規(guī)模設(shè)備競爭的其他功能。