El sensor desarrollado por los investigadores de KAUST puede detectar benceno en concentraciones tres órdenes de magnitud más bajas que los sensores de benceno convencionales. Crédito:KAUST; Anastasia Serin
Un sensor basado en láser desarrollado en KAUST podría mejorar el monitoreo de las emisiones de benceno y limitar la exposición a este contaminante. En colaboración con Saudi Aramco, Los investigadores de KAUST han desarrollado un dispositivo que detecta con precisión concentraciones extremadamente bajas de benceno en tiempo real.
El benceno puede causar problemas de salud graves, incluido el cáncer y la anemia aplásica, una enfermedad relacionada con la sangre. Este compuesto volátil dañino, que se origina en fuentes naturales y actividades humanas, existe principalmente en entornos industriales que van desde instalaciones de procesamiento de petróleo crudo y petroquímicos hasta estaciones de servicio, poniendo en riesgo la salud de los trabajadores. También está presente en los gases de escape de los vehículos, combustibles para calefacción a base de biomasa y algunos productos de consumo, que puede conducir a una exposición peligrosa.
Los enfoques típicos diseñados para controlar las emisiones de benceno se basan en la cromatografía de gases y la espectrometría de masas, pero exigen programas de mantenimiento estrictos. protocolos de muestreo complejos y mediciones que requieren mucho tiempo. Los sensores disponibles comercialmente presentan problemas de interferencia de otros componentes del aire ambiental y límites de detección que superan las 100 partes por mil millones, no cumplir con los umbrales recomendados.
Ahora, un equipo dirigido por Aamir Farooq, en un proyecto financiado por el Departamento de Protección Ambiental de Saudi Aramco, ha desarrollado un sensor láser compacto que exhibe una alta selectividad y sensibilidad al benceno con un límite de detección de dos partes por mil millones, superando a los dispositivos existentes. Lo suficientemente robusto para aplicaciones de campo, el sensor realiza mediciones en segundos sin calibración preliminar.
El sensor compacto basado en láser desarrollado por Mhanna Mhanna (izquierda) y Amir Farooq (derecha) puede detectar benceno en niveles tan bajos como 2 partes por mil millones. Crédito:KAUST
Para lograr esta sensibilidad sin precedentes, los investigadores diseñaron un sensor con paredes que comprenden dos espejos cóncavos paralelos que se enfrentan entre sí para formar una cavidad alrededor de la muestra. La cavidad atrapa el rayo láser, que sigue reflejándose de un lado a otro entre los espejos. "De este modo, recorre una distancia dramáticamente mayor a través de la muestra que la separación entre espejos, "explica la estudiante de doctorado Mhanna Mhanna, quién realizó los experimentos. "Nos permite detectar concentraciones que son tres órdenes de magnitud más bajas que en un sensor convencional, " él añade.
El equipo de Farooq optimizó la absorción de luz del benceno seleccionando la longitud de onda del láser y eliminando matemáticamente cualquier interferencia del metano. etileno y vapor de agua. Esto proporcionó concentraciones precisas de benceno en presencia de componentes interferentes.
El sensor detectó trazas de benceno en muestras reales recolectadas de varios lugares. Por ejemplo, el sensor detectó concentraciones de benceno más altas en el estacionamiento los días de semana que los fines de semana, coherente con las condiciones del tráfico. Las estaciones de servicio mostraron los niveles más altos, pero estas cantidades estaban muy por debajo de los umbrales recomendados.
"El sensor se podría conectar a un dron o llevarse con la mano para escanear las áreas objetivo diariamente en busca de emisiones de benceno, "Dice Mhanna. El equipo también está buscando formas de hacer que el sensor sea más portátil.
