便携式气体检测缩小到新的尺寸

用于检测有毒气体的传感器现在更小，更快且更可靠。它的性能使其可以集成到一个高度敏感的便携式系统中，用于检测化学武器。更好的微型传感器还可以快速检测出现的空气中的毒素，提供关键信息，帮助应急人员安全有效地应对事故。

化学鉴定通常涉及在化学品释放现场收集样品并将其带回充满由受过培训的人员操作的设备的房间。机器筛选各种气体样品并称量分子以确定它们的身份。虽然这些仪器的便携式版本(称为质谱仪)已经商用，但它们的灵敏度低于基于实验室的同类产品。

20多年来，桑迪亚国家实验室的研究人员一直致力于避免便携式气体检测的性能损失。他们的传感器采用了一种称为气相色谱的技术，简称GC。

来自桑迪亚的公文包大小的仪器在波士顿地铁中持续嗅探神经和水疱剂22个月而没有误报。关于AA电池大小的传感器可以检测到汗水中的化合物，这些化合物是走私人类的信号。手持式气体传感器系统还可以通过识别植物在受到干旱或疾病压力时释放的气体来监测作物健康状况。

现在，Sandia的分析化学家Joshua Whiting及其同事将传感器缩小到大约一美元钞票的大小，同时也提高了传感器的性能。该系统现在将气体样品分离两次，但整个分析在不到10秒的时间内完成。额外的分离步骤减少了化学武器释放期间也可能在空气中的溶剂，清洁剂和柴油燃料的干扰。较少的干扰也意味着检测到的目标化合物的信号更可靠。“这个多维GC系统的误报率甚至比以前更低，”Whiting说。

在最近发表在芯片实验室的一篇论文中，研究人员使用传感器在7秒内识别出29种化合物混合物的每种成分。该系统还可以在连续操作40天内可靠地检测到模拟芥子气和膦酸盐基神经毒剂的化合物。

“通过快速分析，操作员可以及时了解有毒气体的暴露情况，以便人们采取个人预防措施，疏散一个区域并减少潜在的损害，”Whiting说。快速分析的技巧是传感器中的压力阀控制气体流过每个分离步骤的速度。用压力控制这种流量意味着传感器比类似的温度控制系统使用更少的能量。

能源效率与日益小规模的可靠检测相结合，使研究人员进入项目的下一阶段：建立一个完全便携的分析系统，集成化学分离，选择性检测和计算机化数据分析，其性能或更好比实验室设备。

微气体传感研究的大部分资金来自国防高级研究计划局(DARPA)和国防威胁降低机构(DTRA)，以及桑迪亚实验室指导研究和开发计划的一些资金。研究人员现在正在寻求资金来建立集成系统，并纳入可与实验室规模设备竞争的其他功能。