BYU-forskare har skapat en miniatyriserad, bärbar version av ett verktyg som nu kan analysera Mars atmosfär – och det är bara en av dess otaliga användningsområden.

I decennier har masspektrometrar erbjudit ett relativt snabbt och mycket känsligt sätt att analysera och detektera kemiska föreningar. Men deras skrymmande storlek har varit ett hinder, begränsa deras potential inom fältet.

Men efter att ha tillbringat 12 år med att utforska problemet, BYU kemiprofessor Daniel Austin, sällskap av elektroteknikprofessor Aaron Hawkins och andra kollegor, har utvecklat en mycket mindre spektrometer som fortfarande har kapacitet hos sina större motsvarigheter.

"Målet var att ta det som annars skulle vara en enorm bänkinstrument till något som är tillräckligt litet för att bära med dig, "sa Austin, vars teams resultat nyligen publicerades i Journal of the American Society for Mass Spectrometry.

Även om mindre spektrometrar har utvecklats tidigare, de har i allmänhet varit mindre känsliga och mer benägna att gå sönder. Men en liten spektrometer vars kapacitet och styrka inte minimeras av dess storlek, Austin sa, öppnar en värld av potentiella applikationer, inklusive följande:

• En miniatyriserad masspektrometer kunde upptäcka och hitta kemiska vapen, minimera risken för soldater i en viss region.
• Inom hemlandets säkerhet, miniatyriserade masspektrometrar kan hjälpa till att upptäcka sprängämnen på flygplatser eller på andra ställen.
• För rättsmedicinska utredare, bärbara spektrometrar kan hjälpa till med en rad behov på plats, inklusive att avgöra om ett vitt pulver är en illegal drog eller något godartat.

"Eftersom masspektrometrar vanligtvis är stora och dyra och kräver att tekniker arbetar, inte många människor kan få tillgång till dem, sa Yuan Tian, en medförfattare till studien och nyligen doktorsexamen i BYU-kemi grad. "Men miniatyriserade masspektrometrar syftar till att övervinna dessa traditionella problem genom att minska deras fysiska storlek, vikt och kostnad. "

Den där, i tur och ordning, "ger ett snabbare och enklare sätt för sammansättningsanalys, " tillade medförfattare och doktorand i kemi Ailin Li.

Masspektrometrar för jonfällor fungerar vanligtvis genom metallelektroder som skapar ett elektriskt fält. Det elektriska fältet har en radiofrekvenssignal applicerad på sig, som fångar joner. Forskare samlar prover, jonisera dem, fånga jonerna och sedan kasta ut och detektera dessa joner baserat på deras massor, som sedan berättar för dem den kemiska sammansättningen av provet.

Austin och hans kollegor använder en process som kallas mikrolitografi på keramik- och glasplattor för att miniatyrisera jonfällorna. Avståndet mellan plattorna är mindre än en millimeter och är "där handlingen sker, "Austin sa, tillägger att den resulterande anordningen är hundra gånger lättare och mindre än en konventionell jonfälla.

Detta specifika projekt finansierades delvis av National Science Foundation, och relaterad forskning har också finansierats av NASA och det amerikanska försvarsdepartementet. Teamets spektrometer tittar nu på kommersiell utveckling.

"Bärbar masspektrometri kommer att möjliggöra massor av applikationer som du bara inte kan göra just nu, "Austin sa." Det finns mycket ny vetenskap som kan göras med ett instrument som kan tas var som helst. Istället för att skicka prover till ett avlägset labb och vänta på resultat, ett bärbart instrument kan ge omedelbara resultat, tillåta snabba beslut. "