Bærbart massespektrometer tillader gasanalyse på stedet

Analyser af miljøgasser, som tidligere krævede måneders laboratoriearbejde, kan nu udføres hurtigt i marken. En gruppe Eawag-forskere har udviklet et bærbart massespektrometer, der tillader målinger på stedet-og der er blevet oprettet en spin-off for at kommercialisere det nye system.

Hvad er virkningerne af vulkanske gasser, der ophobes i Kivu -søen i Centralafrika? Hvordan fungerer Rhinens grundvandssystem nær Pratteln? Hvad er den bedste måde at kontrollere drivhusgasemissioner fra en losseplads i det nordøstlige Schweiz? Svar på spørgsmål som disse kan leveres af et nyudviklet bærbart massespektrometer - af forskerne ved navn "miniRuedi" - som gør det muligt at analysere gas- og vandprøver på stedet og i realtid. For eksempel, koncentrationerne af forskellige gasser blev bestemt på en losseplads under en en-dages målekampagne. Denne undersøgelse understøtter optimeringsforanstaltningerne til luftning af lossepladsen for at reducere dannelsen af ​​metan, en stærk drivhusgas.

System i en kuffert

Eawag miljøfysiker Matthias Brennwald, der udviklede det bærbare massespektrometer, forklarer:"Vores instrument, vejer 13 kg og monteret i en kuffert på hjul, kan tages til de fjerneste steder. Når det er blevet installeret på stedet, Mini-Ruedi kan umiddelbart og effektivt måle gasser ved hjælp af meget små prøver, så det forstyrrer ikke miljøets naturlige dynamik. "Systemet, som kan fungere autonomt, giver kontinuerlige målinger af en lang række gasser. De mest egnede steder og tidspunkter for prøveudtagning kan således straks identificeres. Langsigtet drift er også mulig. Som Brennwald påpeger, "Analyser, som tidligere ville have været utænkelige - dels af økonomiske årsager, som de ville have involveret måneders laboratoriearbejde - er nu pludselig muligt. "

To uger i stedet for seks år

For eksempel, ved hjælp af Mini-Ruedi, Eawag -teamet havde kun brug for to uger til at gennemføre et grundvandsanalyseprojekt i Australien. Med konventionelle metoder og instrumenter, Brennwald vurderer, holdet ville have krævet omkring seks år i laboratoriet. Ikke desto mindre, præcisionen i det nye systems målinger er bemærkelsesværdig, med en analytisk usikkerhed på en til tre procent (mod en til halvanden procent for en meget dyrere, laboratoriebaseret spektrometer). Andre fordele ved systemet er dets lave strømforbrug (50 watt, ikke mere end en traditionel pære) og vedligeholdelsesfri drift. Brennwald understreger, at "for folk, der plejer at arbejde med måleinstrumenter, det tager kun en dag at lære at håndtere det bærbare system. "

Hyldekomponenter

Selvom det bærbare massespektrometer ved første øjekast kan se komplekst ud, den består faktisk kun af fire hovedelementer (fig. 1). Den indkommende gas passerer langsomt gennem et ti meter langt kapillarrør, minder om en elefants bagagerum (deraf systemets navn, "Ruedi Rüssel" er en velkendt kæde af tankstationer i Schweiz). To pumper genererer det nødvendige vakuum i kammeret, hvor gasblandingens sammensætning og mængden af ​​de forskellige gasser måles. Systemets elektroniske "hjerne" styres af software udviklet af Brennwald selv. Herfra, resultaterne overføres til en computer.

Hvis gasser skal analyseres i vandprøver (f.eks. Fra søer), en membran bruges til at adskille gasser fra vandet, så systemets sarte komponenter ikke udsættes for fugt.

Gasometrix spin-off etableret

Blot to år efter at Mini-Ruedi først blev indsat i et projekt, yderligere otte instrumenter er nu i brug - i alt fem i Eawag og fire ved universiteterne i Genève og Tübingen og Mont Terri -klippelaboratoriet. Da Matthias Brennwald har modtaget adskillige henvendelser (ikke forbundet med Eawag -projekter) om køb af systemet, besluttede han-i samråd med Eawag-at etablere en spin-off. Siden april har han har udviklet de bærbare systemer under navnet Gasometrix; som en loyal Eawag -medarbejder, tilføjer han, dette er blot en sidelinie. Den første kunde erhvervet til sit eget firma er Oxford University.

Mini-Ruedi applikationer over hele verden

Mini-Ruedi kan kvantificere talrige gasser-i øjeblikket inklusive helium, argon, krypton, nitrogen, ilt, kuldioxid og metan - i miljøsystemer. Målinger af specifikke gasser kan hjælpe forskere med at forstå de underliggende processer ved gasdannelse. Da dette kompakte system (60 cm x 40 cm x 14 cm; 13 kg) kan analysere forskellige gasser på mindre end et minut og kan indsættes på fjerntliggende steder, det er allerede meget udbredt (til eksempler på applikationer i Eawag -forskningsprojekter rundt om i verden, se:gasometrix.com/map/). Det er blevet brugt, for eksempel, til vandanalyser til vurdering af grundvandssystemer eller til undersøgelse af menneskeskabte virkninger på vandlegemer. I et nylig projekt i Tjekkiet, jordprøver blev analyseret for at undersøge udånding af gas fra fjedre. Der planlægges også analyser for et olie- og gasselskab i Norge:her, gasstrømme skal overvåges, så metan- eller kuldioxidlækager kan detekteres.