(Phys.org) – Forskare vid Rice University har skapat en detektor i nanoskala som kontrollerar och rapporterar om förekomsten av vätesulfid i råolja och naturgas medan de fortfarande är i marken.

Nanoreportern är baserad på nanometerstort kolmaterial som utvecklats av ett konsortium av Rice-laboratorier under ledning av kemisten James Tour och är föremål för en ny artikel som publicerades denna månad i tidskriften American Chemical Society ACS tillämpade material och gränssnitt .

Begränsad exponering för svavelväte orsakar halsont, andnöd och yrsel, enligt forskarna. Människans näsa blir snabbt okänslig för svavelväte, leder till en oförmåga att upptäcka högre koncentrationer. Det kan vara ödesdigert, sa de.

På baksidan, vätesulfid är också en biologiskt viktig signalmolekyl i processer som inkluderar smärta och inflammation. Tour sa att kemister har syntetiserat fluorescerande sonder för att upptäcka det i kroppen. Rice-teamet utnyttjade det arbetet genom att använda sonderna för att skapa nedhålsdetektorer för oljefält.

Råolja och naturgas innehåller vätesulfid, som avger en "ruttet ägg"-lukt. Till och med ett spår av 1 procent svavel förvandlar olja till vad som kallas "sur råolja, " som är giftigt och korroderar rörledningar och transportfartyg, sa Tour. De extra stegen som krävs för att förvandla det sura till "söt" råolja är kostsamma.

"Så det är viktigt att veta innehållet i det du pumpar upp ur marken, och ju tidigare desto bättre, " sa Tour.

Leds av Rice professors Tour, Michael Wong och Mason Tomson och forskaren Amy Kan, universitetet har banat väg för att samla in information från oljefält genom användning av nanoreporters. Nanoreportörerna var designade för att upptäcka och rapportera om närvaron och mängden olja i en brunn som annars skulle vara svår att bedöma.

Nu samma lag, sällskap av kemisten Angel Martí, använder termiskt stabila, löslig, mycket mobil, kimröksbaserade nanoreporters modifierade för att leta efter vätesulfid och rapportera resultat omedelbart efter att de återvänt till ytan.

När den utsätts för svavelväte, nanopartiklarnas fluorescerande egenskaper förändras omedelbart. När den pumpas ut ur en produktionsbrunn, partiklarna kan analyseras med en spektrometer för att bestämma nivån av kontaminering.

"Det här papper är ett stort steg eftersom vi får våra nanoreporters att upptäcka något som inte är olja, " sa Wong, antyder möjligheten att nanopartiklar en dag kan fånga svavelföreningar innan de kan pumpas upp till ytan. "Även om det inte är kostnadseffektivt, att bara ha information om svavelhalten kan vara tillräckligt för att berätta för ett företag, "Låt oss täcka detta väl och gå vidare till en renare webbplats."

Att modifiera partiklarna med vanlig polyvinylalkohol (PVA) var nyckeln till att göra nanoreportarna stabila i temperaturer så höga som 100 grader Celsius (212 grader Fahrenheit). Testning i sandstensbäddar eller med faktisk kuwaitisk dolomit, att efterlikna oljefältsmiljöer, hjälpte teamet att perfekta storleken och formeln för nanoreporters som med största sannolikhet kommer att överleva en resa genom djupet och återvända med data.

"Vi hittade ju längre PVA-polymerkedjorna, ju mer stabila nanopartiklarna var i de höga temperaturer de utsätts för, " sa Rice doktorand Chih-Chau Hwang, huvudförfattare av tidningen tillsammans med doktorand Gedeng Ruan.

"Detekteringsmetoden är så känslig att stora mängder nanoreportörer inte behöver pumpas ner i hålet, Tour sa. "Detta är oerhört viktigt för arbetare på fältet att känna till säkerhetsaspekter, utrustningens livslängd och värdet av den erbjudna oljan."