‘Ingenieuze' sensor onderscheidt gassen zonder pre-filtering (video)

In het Europees/Russische ‘Innovative nanostructured optochemical sensors' (Ingenious) project is een ultragevoelige sensor ontwikkeld die benzeen-, tolueen-, en xyleen-gassen kan detecteren en differentiëren. Omdat de sensor deze gassen al bij lage concentraties en zonder pre-filtering kan detecteren, kunnen er kleinere en goedkopere draagbare systemen voor het monitoren van deze gassen mee worden gemaakt.

Benzeen, tolueen en xyleen - bekend als de BTX gassen - zijn vooral van belang in de petrochemische industrie. Maar zij kunnen ook het milieu en de gezondheid schaden en zijn explosiegevaarlijk. Zo vergroot blootstelling aan benzeen de kans op kanker - en de effecten zijn cumulatief: zij bouwen zich op in het lichaam. Het minder giftige tolueen wordt in verband gebracht met het sick-building syndroom. Daarom is blootstelling aan de drie BTX-gassen streng gereguleerd, met vooral lage limieten voor benzeen.

Voor het toepassen van die regels en de bescherming van mensen zijn monitorsystemen nodig die de gassen al bij zeer lage concentraties kunnen detecteren. Tot nu toe moesten gasmengsels daartoe vooraf worden gefilterd - waardoor de monitorsystemen groot en kostbaar zijn.

Om dit probleem aan te pakken is in 2009 het project Ingenious opgezet. In het project zijn diverse grensdoorbrekende technologieën ontwikkeld om de detectiegrenzen voor BTX-gassen omlaag te dringen. Zo is bijvoorbeeld en nieuwe fluorescente verbinding ontwikkeld. Deze fluorofoor vormt een omkeerbaar complex met de BTX-gassen, waarbij het op verschillende golflengten fluoresceert. De kleur van het geëmitteerde licht geeft een indicatie dat de gassen aanwezig zijn en de intensiteit van het licht is een maat voor de concentratie van die gassen.

Om op basis van dit concept een halfgeleidersensor te bouwen, integreerde het Ingenious-team fluorofoorgedoteerde materialen in een plastic golfgeleider van enkele micrometer dik, op folies met led's en fotodioden. Hiermee bleek reversibele detectie mogelijk van tolueen en xyleen bij concentraties van 0,25 ppm en van benzeenconcentraties van 0,5 ppm - alles zonder pre-filtering.

De respons- en hersteltijden voor de detectie van alle drie de gassen lagen in de orde van enkele minuten. Maar bovendien kon de demonstratiecomponent de BTX-gassen onderscheiden in de aanwezigheid van andere organische vluchtige samenstellingen (VOC's) zoals hexaan en ethanol. Deze worden gewoonlijk ook aangetroffen in omgevingen waar BTX-gasdetectie is vereist.

Hoewel de sensor nog verder moet worden ontwikkeld en gevalideerd, zouden de relatieve eenvoud en beperkte kostprijs kunnen bijdragen aan grootschalige toepassing en een verhoogde veiligheid voor degen die risico lopen van blootstelling aan BTX-gassen.

 

Over Ingenious

Het nu officieel afgesloten Ingenious project was een gemeenschappelijk Europees/Russisch initiatief dat werd gefinancierd door het Zevende Framework Programma (FP7) van de Europese Unie. Het consortium bestond uit:

• Holst Centre, Nederland
• University of Vigo, Spanje
• University of Aarhus, Denemarken
• Central Institute for Labor Protection - National Research Institute, Polen
• Russian Academy of Science
  - Photochemical Centre
  - N. S. Enikolopov Institute of Synthetic Polymeric Materials
  - Institute of Macromolecular Compounds
  - Institute for Physics of Microstructures