Le capteur développé par les chercheurs du KAUST peut détecter le benzène à des concentrations inférieures de trois ordres de grandeur à celles des capteurs de benzène conventionnels. Crédit :KAUST; Anastasia Serin
Un capteur laser développé à la KAUST pourrait améliorer la surveillance des émissions de benzène et limiter l'exposition à ce polluant. En collaboration avec Saudi Aramco, Les chercheurs de KAUST ont développé un appareil qui détecte avec précision des concentrations extrêmement faibles de benzène en temps réel.
Le benzène peut causer de graves problèmes de santé, y compris le cancer et la maladie liée au sang, l'anémie aplasique. Ce composé volatil nocif, qui provient de sources naturelles et d'activités humaines, existe principalement dans des milieux industriels allant des installations de traitement du pétrole brut et pétrochimique aux stations-service, mettant en danger la santé des travailleurs. Il est également présent dans les gaz d'échappement des véhicules, les combustibles de chauffage à base de biomasse et certains produits de consommation, ce qui peut entraîner une exposition dangereuse.
Les approches typiques conçues pour contrôler les émissions de benzène reposent sur la chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse, mais exigent des programmes de maintenance stricts, des protocoles d'échantillonnage complexes et des mesures chronophages. Les capteurs disponibles dans le commerce présentent des problèmes d'interférence avec d'autres composants de l'air ambiant et des limites de détection dépassant 100 parties par milliard, ne pas atteindre les seuils recommandés.
Maintenant, une équipe dirigée par Aamir Farooq - dans un projet financé par le département de protection de l'environnement de Saudi Aramco - a développé un capteur laser compact qui présente une sélectivité et une sensibilité élevées au benzène avec une limite de détection de deux parties par milliard, surpassant les appareils existants. Assez robuste pour les applications sur le terrain, le capteur effectue des mesures en quelques secondes sans étalonnage préalable.
Le capteur laser compact développé par Mhanna Mhanna (à gauche) et Amir Farooq (à droite) peut détecter le benzène à des niveaux aussi bas que 2 parties par milliard. Crédit :KAUST
Pour atteindre cette sensibilité sans précédent, les chercheurs ont conçu un capteur avec des parois constituées de deux miroirs concaves parallèles qui se font face pour former une cavité autour de l'échantillon. La cavité piège le faisceau laser, qui continue à se refléter entre les miroirs. "De cette façon, il parcourt une distance considérablement plus grande à travers l'échantillon que la séparation entre miroirs, " explique Mhanna Mhanna, doctorante, qui a réalisé les expériences. « Il nous permet de détecter des concentrations inférieures de trois ordres de grandeur à celles d'un capteur classique, " il ajoute.
L'équipe de Farooq a optimisé l'absorption lumineuse du benzène en sélectionnant la longueur d'onde du laser et en éliminant mathématiquement toute interférence du méthane, l'éthylène et la vapeur d'eau. Cela a fourni des concentrations de benzène précises en présence de composants interférents.
Le capteur a détecté des traces de benzène dans des échantillons réels prélevés à divers endroits. Par exemple, le capteur a détecté des concentrations de benzène plus élevées dans les parkings en semaine que le week-end, compatible avec les conditions de circulation. Les stations-service ont affiché les niveaux les plus élevés, mais ces montants étaient bien inférieurs aux seuils recommandés.
"Le capteur pourrait être attaché à un drone ou transporté à la main pour scanner quotidiennement les zones cibles à la recherche d'émissions de benzène, " dit Mhanna. L'équipe cherche également des moyens de rendre le capteur plus portable.
