Los científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur NTU Singapur han desarrollado un dispositivo que puede identificar una amplia gama de gases y productos químicos en el aire al instante.
El nuevo dispositivo prototipo es portátil y adecuado para el despliegue rápido por parte de las agencias para identificar peligros en el aire, como el de pequeñas moléculas de gas como el dióxido de azufre. También puede identificar moléculas compuestas más grandes como el benceno, que se sabe que son perjudiciales para la salud humana.
Puede proporcionar monitoreo en tiempo real de la calidad del aire, como durante brotes de neblina, y ayudar en la detección de fugas de gas y contaminación industrial del aire.
Desarrollado por un equipo de investigación dirigido por el profesor asociado Ling Xing Yi en la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, la nueva tecnología se informó el mes pasado en la revista científica ACS Nano .
Los métodos actuales para identificar gases en el aire utilizan una técnica de laboratorio llamada Cromatografía de gases - Espectrometría de masas GC-MS, que es confiable pero requiere una tediosa recolección de muestras y toma entre unas pocas horas y unos días para obtener resultados del airemuestras
Los escenarios de emergencia requieren un análisis rápido y continuo de la posible contaminación del aire, como después de un desastre natural, derrame químico o vertido ilegal de residuos tóxicos, para que los servicios de emergencia puedan tomar las medidas adecuadas
Cómo funciona el nuevo dispositivo
El nuevo dispositivo utiliza un pequeño parche hecho de un nanomaterial especial poroso y metálico para atrapar las moléculas de gas por primera vez. Cuando se ilumina un láser desde unos pocos metros de distancia, la luz interactúa con las moléculas de gas, causando una luz de menor energíapara ser emitido. Cuando se analiza, da una lectura espectroscópica en el formato de una tabla de gráfico.
La lectura espectroscópica actúa como una "huella digital química" correspondiente a varios químicos presentes en el parche. Todo el proceso tarda unos 10 segundos en completarse.
Estas huellas digitales químicas de la muestra están referenciadas contra una biblioteca digital de huellas digitales para determinar rápidamente qué sustancias químicas se han detectado.
Conocida como espectroscopía Raman, esta es una técnica establecida desde hace mucho tiempo para identificar sustancias químicas. Por lo general, se ha utilizado solo en muestras sólidas y líquidas, ya que los productos químicos gaseosos están demasiado diluidos para que el láser y el detector los puedan recoger.
Para superar esta limitación, Assoc Prof Ling y su estudiante de doctorado, el Sr. Phan Quang Gia Chuong, desarrollaron una nanoestructura especial hecha de un material sintético altamente poroso conocido como un marco metal-orgánico, que absorbe y atrapa activamente las moléculas del aire en un 'jaula'.
Esta nanoestructura también contiene nanopartículas metálicas, que aumentan la intensidad de la luz que rodea las moléculas. El resultado es una mejora de un millón de veces en las señales de espectroscopía Raman, que permite la identificación de las moléculas atrapadas.
El Profesor Asociado Ling dijo que la génesis de la invención fue provocada por un incidente en Singapur, donde hubo informes de un fuerte olor a gas en ciertas partes de la isla en 2017. La causa solo se determinó unos días después, yse remonta a compuestos orgánicos volátiles liberados por fábricas fuera de Singapur.
Junto con su esposo, el Dr. Phang In-Yee, líder del proyecto y científico del Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales IMRE, conceptualizaron la idea de identificar gases instantáneamente desde la distancia.
"Nuestro dispositivo puede funcionar de forma remota, por lo que el funcionamiento de la cámara láser y el análisis de productos químicos se pueden realizar de forma segura a distancia. Esto es especialmente útil cuando no se sabe si los gases son peligrosos para la salud humana", explica Assoc ProfLing, Jefe de la División de Química y Química Biológica en NTU.
El láser se probó en experimentos para trabajar a una distancia de hasta 10 metros y se puede diseñar para alcanzar distancias más largas. Otro método posible es usar el chip para capturar gases, que posteriormente se analiza con un láser.
resultado ultra sensible y preciso
En experimentos, el equipo demostró que el dispositivo puede identificar moléculas en el aire como los hidrocarburos poliaromáticos HAP, incluidos el naftaleno y los derivados del benceno, una familia de contaminantes atmosféricos industriales incoloros que se sabe que son altamente cancerígenos.
Puede detectar HAP a concentraciones de partes por mil millones ppb en la atmósfera, así como realizar un monitoreo continuo de la concentración de los diferentes tipos de gases como el dióxido de carbono CO2 en la atmósfera, lo que podría ser una aplicación útilen muchos entornos industriales.
El láser utilizado en el dispositivo tiene una intensidad energética de 50 milivatios, más de siete veces más débil que en otras aplicaciones de la espectroscopía Raman. Esto hace que el sistema sea más seguro de operar y más eficiente en energía.
A través de NTUitive, la empresa de innovación y empresa de NTU, el equipo ha solicitado una patente y ahora está comercializando la tecnología para su uso en el monitoreo de la contaminación, la respuesta a desastres químicos y otras aplicaciones industriales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Nanyang . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :