Bedre benzenføling ved laserpunktet

En laserbaseret sensor udviklet hos KAUST kunne forbedre overvågningen af ​​benzenemissioner og begrænse eksponeringen for dette forurenende stof. I samarbejde med Saudi Aramco, KAUST-forskere har udviklet en enhed, der nøjagtigt registrerer ekstremt lave koncentrationer af benzen i realtid.

Benzen kan forårsage alvorlige helbredstilstande, herunder kræft og den blodrelaterede sygdom aplastisk anæmi. Denne skadelige flygtige forbindelse, som stammer fra naturlige kilder og menneskelige aktiviteter, findes hovedsageligt i industrielle omgivelser lige fra råolie og petrokemiske forarbejdningsfaciliteter til tankstationer, bringe arbejdstagernes sundhed i fare. Det er også til stede i køretøjets udstødning, biomassebaseret brændsel og nogle forbrugerprodukter, som kan føre til farlig eksponering.

Typiske tilgange designet til at kontrollere benzenemissioner er afhængige af gaskromatografi og massespektrometri, men kræver strenge vedligeholdelsesplaner, komplekse prøvetagningsprotokoller og tidskrævende målinger. Kommercielt tilgængelige sensorer præsenterer interferensproblemer fra andre omgivende luftkomponenter og detektionsgrænser, der overstiger 100 dele pr. ikke overholder de anbefalede tærskler.

Nu, et team ledet af Aamir Farooq – i et projekt finansieret af Saudi Aramcos miljøbeskyttelsesafdeling – har udviklet en kompakt laserbaseret sensor, der udviser høj selektivitet og følsomhed over for benzen med en detektionsgrænse på to dele pr. bedre end eksisterende enheder. Robust nok til feltanvendelser, sensoren udfører målinger på få sekunder uden foreløbig kalibrering.

For at opnå denne hidtil usete følsomhed, forskerne designet en sensor med vægge, der består af to parallelle konkave spejle, der vender mod hinanden for at danne et hulrum omkring prøven. Hulrummet fanger laserstrålen, som bliver ved med at reflektere frem og tilbage mellem spejlene. "På denne måde den rejser en dramatisk større afstand gennem prøven end adskillelsen mellem spejlet, " forklarer ph.d.-studerende Mhanna Mhanna, hvem udførte forsøgene. "Det gør det muligt for os at detektere koncentrationer, der er tre størrelsesordener lavere end i en konventionel sensor, " tilføjer han.

Farooqs team optimerede lysabsorptionen af ​​benzen ved at vælge laserbølgelængden og matematisk eliminere enhver interferens fra metan, ethylen og vanddamp. Dette gav nøjagtige benzenkoncentrationer i nærvær af forstyrrende komponenter.

Sensoren detekterede spor af benzen i rigtige prøver indsamlet fra forskellige steder. For eksempel, sensoren registrerede højere benzenkoncentrationer i parkeringskælderen på hverdage end i weekenden, i overensstemmelse med trafikforholdene. Servicestationer viste de højeste niveauer, men disse mængder var et godt stykke under de anbefalede tærskler.

"Sensoren kan monteres på en drone eller bæres i hånden for at scanne målområder dagligt for benzenemissioner, " siger Mhanna. Holdet undersøger også måder at gøre sensoren mere bærbar på.