Los análisis de gases ambientales que antes requerían meses de trabajo de laboratorio ahora se pueden realizar rápidamente en el campo. Un grupo de científicos de Eawag ha desarrollado un espectrómetro de masas portátil que permite realizar mediciones in situ, y se ha creado un producto derivado para comercializar el nuevo sistema.

¿Cuáles son los efectos de los gases volcánicos que se acumulan en el lago Kivu en África central? ¿Cómo funciona el sistema de aguas subterráneas del Rin cerca de Pratteln? ¿Cuál es la mejor forma de controlar las emisiones de gases de efecto invernadero de un vertedero en el noreste de Suiza? Un espectrómetro de masas portátil desarrollado recientemente por los investigadores llamado "miniRuedi" puede proporcionar respuestas a preguntas como estas, que permite analizar muestras de gas y agua in situ y en tiempo real. Por ejemplo, las concentraciones de diferentes gases se determinaron en un vertedero durante una campaña de medición de un día. Este estudio apoya las medidas de optimización para airear el relleno sanitario con el fin de reducir la formación de metano, un fuerte gas de efecto invernadero.

Sistema en una maleta

El físico ambiental de Eawag Matthias Brennwald, quien desarrolló el espectrómetro de masas portátil, explica:"Nuestro instrumento, con un peso de 13 kilogramos y montado en una maleta con ruedas, se puede llevar a los lugares más remotos. Una vez que se haya instalado en el sitio, el Mini-Ruedi puede medir gases de forma inmediata y eficiente utilizando muestras muy pequeñas, para que no interfiera con la dinámica natural del medio ambiente ". El sistema, que puede funcionar de forma autónoma, proporciona mediciones continuas de una amplia gama de gases. De este modo, se pueden identificar inmediatamente los lugares y momentos más adecuados para el muestreo. También es posible el funcionamiento a largo plazo. Como señala Brennwald, "Análisis que en el pasado hubieran sido inconcebibles, en parte por razones financieras, ya que habrían involucrado meses de trabajo de laboratorio, ahora de repente son posibles ".

Dos semanas en lugar de seis años

Por ejemplo, utilizando el Mini-Ruedi, el equipo de Eawag solo necesitó dos semanas para completar un proyecto de análisis de aguas subterráneas en Australia. Con métodos e instrumentos convencionales, Brennwald estima, el equipo habría necesitado unos seis años en el laboratorio. Sin embargo, la precisión de las medidas del nuevo sistema es notable, con una incertidumbre analítica del uno al tres por ciento (frente al uno al uno y medio por ciento para un espectrómetro de laboratorio). Otras ventajas que ofrece el sistema son su bajo consumo de energía (50 vatios, no más que una bombilla tradicional) y sin mantenimiento. Brennwald enfatiza que "para las personas acostumbradas a trabajar con instrumentos de medición, sólo se necesita un día para aprender a manejar el sistema portátil ".

Componentes listos para usar

Aunque el espectrómetro de masas portátil puede parecer complejo a primera vista, en realidad, consta de solo cuatro elementos principales (Fig. 1). El gas entrante pasa lentamente a través de un tubo capilar de diez metros de largo, recuerda a la trompa de un elefante (de ahí el nombre del sistema, "Ruedi Rüssel" es una conocida cadena de estaciones de servicio en Suiza). Dos bombas generan el vacío necesario en la cámara donde se miden la composición de la mezcla de gases y la abundancia de los distintos gases. El "cerebro" electrónico del sistema está controlado por un software desarrollado por el propio Brennwald. De aquí, los resultados se transfieren a una computadora.

Si los gases se van a analizar en muestras de agua (por ejemplo, de lagos), se utiliza una membrana para separar los gases del agua, para que los delicados componentes del sistema no queden expuestos a la humedad.

Se establece la spin-off de Gasometrix

Solo dos años después de que el Mini-Ruedi se implementara por primera vez en un proyecto, otros ocho instrumentos están ahora en uso:un total de cinco en Eawag y cuatro en las universidades de Ginebra y Tübingen y el laboratorio de rocas de Mont Terri. Como Matthias Brennwald ha recibido numerosas consultas (no relacionadas con los proyectos de Eawag) sobre la compra del sistema, decidió, en consulta con Eawag, establecer una empresa derivada. Desde abril, ha estado desarrollando los sistemas portátiles bajo el nombre de Gasometrix; como empleado leal de Eawag, él añade, esto es simplemente una actividad secundaria. El primer cliente adquirido para su propia empresa es la Universidad de Oxford.

Aplicaciones de Mini-Ruedi en todo el mundo

El Mini-Ruedi puede cuantificar numerosos gases, incluido actualmente helio, argón, criptón, nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono y metano - en sistemas ambientales. Las mediciones de gases específicos pueden ayudar a los investigadores a comprender los procesos subyacentes de formación de gases. Como este sistema compacto (60 cm x 40 cm x 14 cm; 13 kg) puede analizar varios gases en menos de un minuto y puede implementarse en ubicaciones remotas, ya se utiliza ampliamente (para ejemplos de aplicaciones en proyectos de investigación de Eawag en todo el mundo, ver:gasometrix.com/map/). Se ha usado, por ejemplo, para análisis de agua para evaluar los sistemas de aguas subterráneas o para investigar los efectos antropogénicos en los cuerpos de agua. En un proyecto reciente en la República Checa, Se analizaron muestras de suelo para estudiar las exhalaciones de gas de los manantiales. También está previsto realizar análisis para una empresa de petróleo y gas en Noruega:aquí, Los flujos de gas deben ser monitoreados para poder detectar fugas de metano o dióxido de carbono.