Un sensore per il rilevamento di gas tossici ora è più piccolo, più veloce e affidabile. Le sue prestazioni lo predispongono per l'integrazione in un sistema portatile altamente sensibile per il rilevamento di armi chimiche. I migliori sensori in miniatura possono anche rilevare rapidamente le tossine presenti nell'aria dove si verificano, fornire informazioni chiave per aiutare il personale di emergenza a rispondere in modo sicuro ed efficace a un incidente.

L'identificazione chimica in genere comporta la raccolta di un campione sulla scena di un rilascio di sostanze chimiche e il suo ritorno in una stanza piena di apparecchiature gestite da personale addestrato. Le macchine setacciano un campione di vari gas e pesano le molecole per determinarne l'identità. E mentre le versioni portatili di questi strumenti, noti come spettrometri di massa, sono disponibili in commercio, sono meno sensibili delle loro controparti di laboratorio.

Da più di 20 anni, i ricercatori dei Sandia National Laboratories hanno lavorato per evitare la penalizzazione delle prestazioni per il rilevamento di gas portatile. I loro sensori utilizzano una tecnica chiamata gascromatografia, o GC in breve.

Strumenti delle dimensioni di una valigetta di Sandia hanno annusato continuamente agenti nervosi e vesciche per 22 mesi nella metropolitana di Boston senza falsi allarmi. Sensori delle dimensioni di una batteria AA possono rilevare un composto nel sudore che segnala gli esseri umani di contrabbando. I sistemi di sensori di gas portatili possono anche monitorare la salute delle colture identificando i gas che le piante rilasciano quando sono stressate da siccità o malattie.

Ora, Joshua Whiting, un chimico analitico alla Sandia, e i suoi colleghi hanno ridotto il loro sensore a circa le dimensioni di una banconota da un dollaro, aumentando allo stesso tempo le prestazioni del sensore. Il sistema ora separa un campione di gas due volte, ma l'intera analisi avviene in meno di 10 secondi. La fase di separazione aggiuntiva riduce l'interferenza da solventi, detergenti e gasolio che potrebbero anche essere nell'aria durante il rilascio di armi chimiche. Meno interferenze significa anche che il segnale per i composti target rilevati è più affidabile. "Il tasso di falsi allarmi per questo sistema GC multidimensionale è persino inferiore rispetto a prima, " disse Whiting.

In un articolo recentemente pubblicato su Laboratorio su un chip , i ricercatori hanno utilizzato il sensore per identificare ogni ingrediente di una miscela di 29 composti in sette secondi. Il sistema ha anche rilevato in modo affidabile composti che simulano gas mostarda e agenti nervini a base di fosfonato durante 40 giorni di funzionamento continuo.

"Con una rapida analisi, gli operatori possono conoscere un'esposizione a gas tossici in tempo affinché le persone prendano precauzioni personali, evacuare un'area e mitigare i potenziali danni, " Whiting ha detto. Il trucco per questa rapida analisi è una valvola di pressione nel sensore che controlla la velocità con cui i gas fluiscono attraverso ogni fase di separazione. Controllare questo flusso con la pressione significa che il sensore utilizza meno energia rispetto a sistemi a temperatura controllata simili.

Efficienza energetica, combinato con un rilevamento affidabile in un pacchetto sempre più piccolo, prepara i ricercatori per la fase successiva del progetto:costruire un sistema analitico completamente portatile con separazione chimica integrata, rilevamento selettivo e analisi computerizzata dei dati con prestazioni pari o superiori alle apparecchiature di laboratorio.

La maggior parte dei finanziamenti per la ricerca sul rilevamento del microgas è arrivata dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) e dalla Defense Threat Reduction Agency (DTRA), insieme ad alcuni finanziamenti dal programma di ricerca e sviluppo diretto dal laboratorio di Sandia. I ricercatori stanno ora cercando finanziamenti per costruire il sistema integrato e per incorporare funzionalità aggiuntive in grado di competere con le apparecchiature su scala di laboratorio.