Un sensor para detectar gases tóxicos ahora es más pequeño, más rápido y más confiable. Su rendimiento lo prepara para su integración en un sistema portátil de alta sensibilidad para la detección de armas químicas. Los mejores sensores en miniatura también pueden detectar rápidamente las toxinas en el aire donde ocurren, proporcionar información clave para ayudar al personal de emergencia a responder de manera segura y eficaz a un incidente.

La identificación química generalmente implica recolectar una muestra en el lugar de un escape químico y llevarla de regreso a una habitación llena de equipo operado por personal capacitado. Las máquinas tamizan una muestra de varios gases y pesan las moléculas para determinar sus identidades. Y aunque las versiones portátiles de estos instrumentos, conocidos como espectrómetros de masas, están disponibles comercialmente, son menos sensibles que sus homólogos de laboratorio.

Durante más de 20 años, Los investigadores de Sandia National Laboratories han estado trabajando para evitar la penalización del rendimiento de la detección de gas portátil. Sus sensores emplean una técnica llamada cromatografía de gases, o GC para abreviar.

Instrumentos del tamaño de un maletín de Sandia han olfateado agentes nerviosos y ampollas continuamente durante 22 meses en el metro de Boston sin una falsa alarma. Los sensores del tamaño de una batería AA pueden detectar un compuesto en el sudor que señala a los seres humanos contrabandeados. Los sistemas de sensores de gas portátiles también pueden monitorear la salud de los cultivos al identificar los gases que liberan las plantas cuando están estresadas por la sequía o la enfermedad.

Ahora, Joshua Whiting, un químico analítico en Sandia, y sus colegas redujeron su sensor al tamaño de un billete de un dólar y al mismo tiempo aumentaron el rendimiento del sensor. El sistema ahora separa una muestra de gas dos veces, pero el análisis completo ocurre en menos de 10 segundos. El paso de separación adicional reduce la interferencia de los disolventes, limpiadores y combustible diesel que también podrían estar en el aire durante un lanzamiento de armas químicas. Menos interferencia también significa que la señal de los compuestos objetivo detectados es más confiable. "La tasa de falsas alarmas de este sistema GC multidimensional es incluso más baja que antes, "Dijo Whiting.

En un artículo publicado recientemente en Laboratorio en un chip , los investigadores utilizaron el sensor para identificar cada ingrediente de una mezcla de 29 compuestos en siete segundos. El sistema también detectó de forma fiable compuestos que simulan gas mostaza y agentes nerviosos a base de fosfonato durante 40 días de funcionamiento continuo.

"Con un análisis rápido, los operadores pueden aprender sobre la exposición a gases tóxicos a tiempo para que las personas tomen precauciones personales, evacuar un área y mitigar los daños potenciales, Whiting dijo. El truco para ese análisis rápido es una válvula de presión en el sensor que controla la rapidez con la que fluyen los gases a través de cada paso de separación. Controlar este flujo con presión significa que el sensor usa menos energía que sistemas similares de temperatura controlada.

Eficiencia energética, combinado con una detección confiable en un paquete cada vez más pequeño, prepara a los investigadores para la siguiente fase del proyecto:construir un sistema analítico completamente portátil con separación química integrada, detección selectiva y análisis de datos computarizado que funciona tan bien como, o mejor, que el equipo de laboratorio.

La mayor parte de la financiación para la investigación de detección de microgases proviene de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) y la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa (DTRA). junto con algunos fondos del programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio de Sandia. Los investigadores ahora están buscando financiación para construir el sistema integrado e incorporar funcionalidades adicionales que puedan competir con equipos a escala de laboratorio.