En laserbaserad sensor utvecklad på KAUST kan förbättra övervakningen av bensenemissioner och begränsa exponeringen för denna förorening. I samarbete med Saudi Aramco, KAUST -forskare har utvecklat en enhet som exakt känner av extremt låga koncentrationer av bensen i realtid.

Bensen kan orsaka allvarliga hälsotillstånd, inklusive cancer och den blodrelaterade sjukdomen aplastisk anemi. Denna skadliga flyktiga förening, som härrör från naturliga källor och mänsklig verksamhet, existerar främst i industriella miljöer, allt från råolja och petrokemiska bearbetningsanläggningar till bensinstationer, riskerar arbetstagarnas hälsa. Det finns också i fordonsavgaser, biomassabaserade värmebränslen och vissa konsumentprodukter, vilket kan leda till farlig exponering.

Typiska tillvägagångssätt som är utformade för att kontrollera bensenutsläpp är beroende av gaskromatografi och masspektrometri men kräver strikta underhållsscheman, komplexa provtagningsprotokoll och tidskrävande mätningar. Kommersiellt tillgängliga sensorer presenterar störningsproblem från andra luftkomponenter och detektionsgränser som överstiger 100 delar per miljard, inte uppfyller de rekommenderade trösklarna.

Nu, ett team under ledning av Aamir Farooq-i ett projekt finansierat av Saudi Aramcos miljöskyddsavdelning-har utvecklat en kompakt laserbaserad sensor som uppvisar hög selektivitet och känslighet för bensen med en detektionsgräns på två delar per miljard, överträffar befintliga enheter. Robust nog för fältapplikationer, sensorn utför mätningar på några sekunder utan förkalibrering.

För att uppnå denna oöverträffade känslighet, forskarna konstruerade en sensor med väggar som består av två parallella konkava speglar som vetter mot varandra för att bilda ett hålrum runt provet. Hålrummet fäller laserstrålen, som fortsätter att reflektera fram och tillbaka mellan speglarna. "På det här sättet, den färdas ett dramatiskt större avstånd genom provet än separationen mellan speglar, "förklarar doktoranden Mhanna Mhanna, som utförde experimenten. "Det gör att vi kan upptäcka koncentrationer som är tre storleksordningar lägre än i en konventionell sensor, " han lägger till.

Farooqs team optimerade ljusabsorberingen av bensen genom att välja laservåglängd och matematiskt eliminera störningar från metan, eten och vattenånga. Detta gav exakta bensenkoncentrationer i närvaro av störande komponenter.

Sensorn upptäckte spårbensen i riktiga prover som samlats in från olika platser. Till exempel, sensorn upptäckte högre bensenkoncentrationer i parkeringshuset på vardagar än på helger, överensstämmer med trafikförhållandena. Servicestationerna visade de högsta nivåerna, men dessa belopp låg långt under rekommenderade trösklar.

"Sensorn kan fästas på en drönare eller bäras för hand för att dagligen skanna målområden efter bensenemissioner, "Säger Mhanna. Teamet undersöker också sätt att göra sensorn mer bärbar.