En sensor för att detektera giftiga gaser är nu mindre, snabbare och mer pålitlig. Dess prestanda gör det möjligt att integrera den i ett mycket känsligt bärbart system för att detektera kemiska vapen. Bättre miniatyrsensorer kan också snabbt upptäcka luftburna gifter där de förekommer, tillhandahålla nyckelinformation för att hjälpa räddningspersonal att reagera säkert och effektivt på en incident.

Kemisk identifiering innebär vanligtvis att man samlar in ett prov på platsen för ett kemikalieutsläpp och för det tillbaka till ett rum fullt av utrustning som drivs av utbildad personal. Maskinerna sållar igenom ett prov av olika gaser och väger molekylerna för att fastställa deras identitet. Och medan bärbara versioner av dessa instrument, kända som masspektrometrar, är kommersiellt tillgängliga, de är mindre känsliga än sina labbbaserade motsvarigheter.

I mer än 20 år, forskare vid Sandia National Laboratories har arbetat för att undvika prestationspåföljden för detektering av bärbar gas. Deras sensorer använder en teknik som kallas gaskromatografi, eller GC för kort.

Instrument i portföljstorlek från Sandia har nosat efter nerv- och blåsmedel kontinuerligt i 22 månader i Bostons tunnelbana utan falsklarm. Sensorer ungefär lika stora som ett AA-batteri kan upptäcka en förening i svett som signalerar smugglade människor. Handhållna gassensorsystem kan också övervaka grödans hälsa genom att identifiera gaser som växter släpper ut när de stressas av torka eller sjukdom.

Nu, Joshua Whiting, en analytisk kemist på Sandia, och hans kollegor krympte sin sensor till ungefär storleken på en dollarsedel samtidigt som de ökade sensorns prestanda. Systemet separerar nu ett gasprov två gånger – men hela analysen sker på mindre än 10 sekunder. Det extra separationssteget minskar störningar från lösningsmedel, rengöringsmedel och dieselbränsle som också kan finnas i luften under ett kemiskt vapensläpp. Mindre interferens betyder också att signalen för detekterade målföreningar är mer tillförlitlig. "Den falska larmfrekvensen för detta flerdimensionella GC-system är ännu lägre än tidigare, " sa Whiting.

I en tidning som nyligen publicerades i Lab on a Chip , forskarna använde sensorn för att identifiera varje ingrediens i en blandning med 29 ämnen på sju sekunder. Systemet detekterade också tillförlitligt föreningar som simulerar senapsgas och fosfonatbaserade nervämnen under 40 dagars kontinuerlig drift.

"Med snabb analys, operatörer kan lära sig om exponering för giftiga gaser i tid så att människor kan vidta personliga försiktighetsåtgärder, evakuera ett område och mildra potentiella skador, " Sa Whiting. Tricket till den snabba analysen är en tryckventil i sensorn som styr hur snabbt gaser strömmar genom varje separationssteg. Att styra detta flöde med tryck innebär att sensorn använder mindre energi än liknande temperaturkontrollerade system.

Energieffektivitet, kombinerat med tillförlitlig detektering i en allt mindre förpackning, förbereder forskarna för nästa fas av projektet:bygga ett fullt portabelt analytiskt system med integrerad kemisk separation, selektiv detektering och datoriserad dataanalys som fungerar lika bra som – eller bättre än – labbbaserad utrustning.

Majoriteten av finansieringen för mikrogasavkänningsforskningen har kommit från Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) och Defense Threat Reduction Agency (DTRA), tillsammans med viss finansiering från Sandias Laboratory Directed Research and Development-program. Forskarna söker nu finansiering för att bygga det integrerade systemet och för att införliva ytterligare funktioner som kan konkurrera med utrustning i labbskala.