Un capteur de détection de gaz toxiques est désormais plus petit, plus rapide et plus fiable. Ses performances le préparent à l'intégration dans un système portable hautement sensible pour la détection d'armes chimiques. De meilleurs capteurs miniatures peuvent également détecter rapidement les toxines en suspension dans l'air là où elles se produisent, fournir des informations clés pour aider le personnel d'urgence à réagir en toute sécurité et efficacement à un incident.

L'identification chimique consiste généralement à prélever un échantillon sur les lieux d'un rejet chimique et à le ramener dans une pièce remplie d'équipements exploités par du personnel qualifié. Les machines passent au crible un échantillon de divers gaz et pèsent les molécules pour déterminer leur identité. Et tandis que les versions portables de ces instruments, connu sous le nom de spectromètres de masse, sont disponibles dans le commerce, ils sont moins sensibles que leurs homologues en laboratoire.

Depuis plus de 20 ans, les chercheurs des laboratoires nationaux Sandia se sont efforcés d'éviter la pénalité de performance pour la détection de gaz portable. Leurs capteurs utilisent une technique appelée chromatographie en phase gazeuse, ou GC en abrégé.

Des instruments de la taille d'une mallette de Sandia ont reniflé des agents neurotoxiques et des agents ampoules en continu pendant 22 mois dans le métro de Boston sans fausse alarme. Des capteurs de la taille d'une pile AA peuvent détecter un composé dans la sueur qui signale le passage de clandestins. Les systèmes de capteurs de gaz portables peuvent également surveiller la santé des cultures en identifiant les gaz que les plantes libèrent lorsqu'elles sont stressées par la sécheresse ou la maladie.

Maintenant, Josué Whiting, un chimiste analytique à Sandia, et ses collègues ont réduit leur capteur à environ la taille d'un billet d'un dollar tout en augmentant les performances du capteur. Le système sépare désormais deux fois un échantillon de gaz, mais l'analyse complète se déroule en moins de 10 secondes. L'étape de séparation supplémentaire réduit les interférences des solvants, des nettoyants et du carburant diesel qui pourraient également être dans l'air lors d'un largage d'armes chimiques. Moins d'interférences signifie également que le signal des composés cibles détectés est plus fiable. "Le taux de fausses alarmes pour ce système GC multidimensionnel est encore plus faible qu'auparavant, " a déclaré Whiting.

Dans un article récemment publié dans Laboratoire sur puce , les chercheurs ont utilisé le capteur pour identifier chaque ingrédient d'un mélange de 29 composés en sept secondes. Le système a également détecté de manière fiable des composés qui simulent le gaz moutarde et les agents neurotoxiques à base de phosphonate pendant 40 jours de fonctionnement continu.

"Avec une analyse rapide, les opérateurs peuvent être informés d'une exposition à des gaz toxiques à temps pour que les personnes prennent des précautions personnelles, évacuer une zone et atténuer les dommages potentiels, ", a déclaré Whiting. L'astuce pour cette analyse rapide est une soupape de pression dans le capteur qui contrôle la vitesse à laquelle les gaz s'écoulent à travers chaque étape de séparation. Le contrôle de ce flux avec la pression signifie que le capteur utilise moins d'énergie que les systèmes similaires à température contrôlée.

Efficacité énergétique, combinée à une détection fiable dans un boîtier de plus en plus petit, prépare les chercheurs à la phase suivante du projet :la construction d'un système d'analyse entièrement portable avec séparation chimique intégrée, détection sélective et analyse de données informatisée qui fonctionnent aussi bien, voire mieux, que les équipements de laboratoire.

La majorité du financement de la recherche sur la détection des micro-gaz provient de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) et de la Defense Threat Reduction Agency (DTRA), ainsi qu'un financement du programme de recherche et développement dirigé par le laboratoire de Sandia. Les chercheurs recherchent maintenant un financement pour construire le système intégré et incorporer des fonctionnalités supplémentaires qui peuvent rivaliser avec l'équipement à l'échelle du laboratoire.