Un sensore laser sviluppato presso KAUST potrebbe migliorare il monitoraggio delle emissioni di benzene e limitare l'esposizione a questo inquinante. In collaborazione con Saudi Aramco, I ricercatori KAUST hanno sviluppato un dispositivo che rileva con precisione concentrazioni estremamente basse di benzene in tempo reale.

Il benzene può causare gravi condizioni di salute, compreso il cancro e l'anemia aplastica, malattia correlata al sangue. Questo composto volatile nocivo, che proviene da fonti naturali e attività umane, esiste principalmente in ambienti industriali che vanno dal petrolio greggio e dagli impianti di lavorazione petrolchimica alle stazioni di servizio, mettendo a rischio la salute dei lavoratori. È presente anche negli scarichi dei veicoli, combustibili da riscaldamento a base di biomassa e alcuni prodotti di consumo, che può portare a un'esposizione pericolosa.

Gli approcci tipici progettati per controllare le emissioni di benzene si basano sulla gascromatografia e sulla spettrometria di massa, ma richiedono programmi di manutenzione rigorosi, protocolli di campionamento complessi e misurazioni dispendiose in termini di tempo. I sensori disponibili in commercio presentano problemi di interferenza da altri componenti dell'aria ambiente e limiti di rilevamento superiori a 100 parti per miliardo, mancato rispetto delle soglie consigliate.

Ora, un team guidato da Aamir Farooq, in un progetto finanziato dal Dipartimento per la protezione ambientale di Saudi Aramco, ha sviluppato un sensore laser compatto che presenta un'elevata selettività e sensibilità al benzene con un limite di rilevamento di due parti per miliardo, superando i dispositivi esistenti. Abbastanza robusto per applicazioni sul campo, il sensore esegue le misurazioni in pochi secondi senza calibrazione preliminare.

Per raggiungere questa sensibilità senza precedenti, i ricercatori hanno progettato un sensore con pareti che comprendono due specchi concavi paralleli che si fronteggiano per formare una cavità attorno al campione. La cavità intrappola il raggio laser, che continua a riflettere avanti e indietro tra gli specchi. "In questo modo, percorre una distanza notevolmente maggiore attraverso il campione rispetto alla separazione tra specchi, " spiega la dottoranda Mhanna Mhanna, che ha eseguito gli esperimenti. "Ci consente di rilevare concentrazioni di tre ordini di grandezza inferiori rispetto a un sensore convenzionale, " Aggiunge.

Il team di Farooq ha ottimizzato l'assorbimento della luce del benzene selezionando la lunghezza d'onda del laser ed eliminando matematicamente qualsiasi interferenza da metano, etilene e vapore acqueo. Ciò ha fornito concentrazioni accurate di benzene in presenza di componenti interferenti.

Il sensore ha rilevato tracce di benzene in campioni reali raccolti da varie località. Per esempio, il sensore ha rilevato concentrazioni di benzene più elevate nel parcheggio nei giorni feriali rispetto ai fine settimana, coerente con le condizioni del traffico. Le stazioni di servizio hanno mostrato i livelli più alti, ma questi importi erano ben al di sotto delle soglie raccomandate.

"Il sensore potrebbe essere collegato a un drone o trasportato a mano per scansionare quotidianamente le aree target alla ricerca di emissioni di benzene, " dice Mhanna. Il team sta anche studiando modi per rendere il sensore più portatile.