I ricercatori della BYU hanno creato un miniaturizzato, versione portatile di uno strumento ora in grado di analizzare l'atmosfera di Marte, e questo è solo uno dei suoi innumerevoli possibili usi.

Per decenni gli spettrometri di massa hanno offerto un modo relativamente veloce e altamente sensibile per analizzare e rilevare i composti chimici. Ma le loro dimensioni ingombranti sono state un ostacolo, limitando il loro potenziale in campo.

Ma dopo aver passato 12 anni ad esplorare il problema, Il professore di chimica della BYU Daniel Austin, insieme al professore di ingegneria elettrica Aaron Hawkins e altri colleghi, ha sviluppato uno spettrometro molto più piccolo che ha ancora le capacità delle sue controparti più grandi.

"L'obiettivo era quello di prendere quello che altrimenti sarebbe stato un enorme, strumento da banco a qualcosa che è abbastanza piccolo da portare con te, " disse Austin, i cui risultati sono stati recentemente pubblicati sul Journal of the American Society for Mass Spectrometry.

Sebbene in passato siano stati sviluppati spettrometri più piccoli, sono stati generalmente meno sensibili e più inclini a rompersi. Ma un piccolo spettrometro la cui capacità e forza non sono minimizzate dalle sue dimensioni, Austin ha detto, apre un mondo di potenziali applicazioni, compreso quanto segue:

• Uno spettrometro di massa miniaturizzato potrebbe rilevare e trovare armi chimiche, ridurre al minimo il pericolo per i soldati in una determinata regione.
• Nel regno della sicurezza nazionale, spettrometri di massa miniaturizzati potrebbero aiutare a rilevare esplosivi negli aeroporti o altrove.
• Per gli investigatori forensi, spettrometri portatili potrebbero aiutare con una serie di esigenze in loco, compreso determinare se una polvere bianca è una droga illegale o qualcosa di benigno.

"Poiché gli spettrometri di massa sono in genere grandi e costosi e richiedono l'intervento di tecnici, non molte persone possono accedervi, " disse Yuan Tian, un coautore dello studio e un recente dottorato di ricerca in chimica della BYU. grad. "Ma gli spettrometri di massa miniaturizzati mirano a superare questi problemi tradizionali riducendo le loro dimensioni fisiche, peso e costo".

Quella, a sua volta, "fornisce un modo più rapido e semplice per l'analisi dei composti, " ha aggiunto il collega co-autore e dottore di ricerca in chimica Ailin Li.

Gli spettrometri di massa a trappola ionica funzionano tipicamente con elettrodi metallici che creano un campo elettrico. Quel campo elettrico ha un segnale a radiofrequenza applicato, che intrappola gli ioni. Gli scienziati raccolgono campioni, ionizzarli, intrappolare gli ioni e quindi espellere e rilevare quegli ioni in base alle loro masse, che poi dice loro la composizione chimica del campione.

Austin e i suoi colleghi utilizzano un processo chiamato microlitografia su lastre di ceramica e vetro per miniaturizzare le trappole ioniche. Lo spazio tra le piastre è inferiore a un millimetro ed è "dove avviene l'azione, "Austin ha detto, aggiungendo che il dispositivo risultante è cento volte più leggero e più piccolo di una trappola ionica convenzionale.

Questo progetto specifico è stato finanziato in parte dalla National Science Foundation, e la ricerca correlata è stata finanziata anche dalla NASA e dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. Lo spettrometro del team è ora in fase di sviluppo commerciale.

"La spettrometria di massa portatile consentirà molte applicazioni che non puoi fare in questo momento, " Austin ha detto. "C'è un sacco di nuova scienza che può essere fatto con uno strumento che può essere portato ovunque. Invece di inviare campioni a un laboratorio lontano e aspettare i risultati, uno strumento portatile può dare risultati immediati, permettendo decisioni rapide."