Um sensor para detectar gases tóxicos agora é menor, mais rápido e confiável. Seu desempenho o prepara para integração em um sistema portátil altamente sensível para detecção de armas químicas. Sensores em miniatura melhores também podem detectar rapidamente toxinas transportadas pelo ar onde elas ocorrem, fornecer informações importantes para ajudar o pessoal de emergência a responder com segurança e eficácia a um incidente.

A identificação química normalmente envolve a coleta de uma amostra no local de uma liberação de produto químico e trazê-la de volta para uma sala cheia de equipamentos operados por pessoal treinado. As máquinas vasculham uma amostra de vários gases e pesam as moléculas para determinar suas identidades. E embora sejam versões portáteis desses instrumentos, conhecidos como espectrômetros de massa, estão disponíveis comercialmente, eles são menos sensíveis do que suas contrapartes baseadas em laboratório.

Por mais de 20 anos, pesquisadores do Sandia National Laboratories têm trabalhado para evitar a penalidade de desempenho para a detecção portátil de gás. Seus sensores empregam uma técnica chamada cromatografia gasosa, ou GC para breve.

Os instrumentos do tamanho de uma pasta da Sandia têm farejado por agentes nervosos e de bolhas continuamente por 22 meses no metrô de Boston sem um alarme falso. Sensores do tamanho de uma bateria AA podem detectar um composto no suor que sinaliza humanos contrabandeados. Os sistemas portáteis de sensores de gás também podem monitorar a saúde da colheita, identificando os gases que as plantas liberam quando estressadas por secas ou doenças.

Agora, Joshua Whiting, um químico analítico na Sandia, e seus colegas reduziram o sensor para o tamanho de uma nota de um dólar, ao mesmo tempo em que aumentaram o desempenho do sensor. O sistema agora separa uma amostra de gás duas vezes - mas toda a análise ocorre em menos de 10 segundos. A etapa de separação extra reduz a interferência de solventes, produtos de limpeza e óleo diesel que também podem estar no ar durante o lançamento de armas químicas. Menos interferência também significa que o sinal para compostos alvo detectados é mais confiável. "A taxa de falsos alarmes para este sistema de GC multidimensional é ainda menor do que antes, "Whiting disse.

Em um artigo publicado recentemente em Lab on a Chip , os pesquisadores usaram o sensor para identificar cada ingrediente de uma mistura de 29 compostos em sete segundos. O sistema também detectou de forma confiável compostos que simulam gás mostarda e agentes nervosos à base de fosfonato durante 40 dias de operação contínua.

"Com uma análise rápida, os operadores podem aprender sobre a exposição a gases tóxicos a tempo de as pessoas tomarem precauções pessoais, evacuar uma área e mitigar potenciais danos, "Disse Whiting. O truque para essa análise rápida é uma válvula de pressão no sensor que controla a rapidez com que os gases fluem através de cada etapa de separação. Controlar esse fluxo com pressão significa que o sensor usa menos energia do que sistemas similares de temperatura controlada.

Eficiência energética, combinada com detecção confiável em um pacote cada vez mais pequeno, prepara os pesquisadores para a próxima fase do projeto:construir um sistema analítico totalmente portátil com separação química integrada, detecção seletiva e análise computadorizada de dados com desempenho tão bom quanto - ou melhor que - o equipamento de laboratório.

A maior parte do financiamento para a pesquisa de detecção de microgás veio da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) e da Agência de Redução de Ameaças de Defesa (DTRA), junto com algum financiamento do programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido pelo Laboratório de Sandia. Os pesquisadores estão agora buscando financiamento para construir o sistema integrado e incorporar funcionalidades adicionais que podem competir com equipamentos em escala de laboratório.