Przenośny spektrometr mas umożliwia analizę gazu na miejscu

Przenośny spektrometr OES _ PMI MASTER Smart produkcji Oxford Instruments (Czerwiec 2019).

Anonim

Analizy gazów środowiskowych, które poprzednio wymagały miesięcy pracy laboratoryjnej, mogą teraz być przeprowadzane szybko w terenie. Grupa naukowców Eawag opracowała przenośny spektrometr mas umożliwiający pomiary na miejscu - i utworzono spin-off w celu komercjalizacji nowego systemu.

Jakie są skutki gromadzenia się gazów wulkanicznych w jeziorze Kivu w Afryce Środkowej? Jak działa system wód podziemnych Renu w pobliżu Pratteln? Jaki jest najlepszy sposób kontrolowania emisji gazów cieplarnianych ze składowiska w północno-wschodniej Szwajcarii? Odpowiedzi na takie pytania mogą dostarczyć nowo opracowany przenośny spektrometr masowy - przez naukowców o nazwie "miniRuedi" - który pozwala analizować próbki gazu i wody na miejscu iw czasie rzeczywistym. Na przykład stężenia różnych gazów zostały określone na składowisku odpadów podczas jednodniowej kampanii pomiarowej. Badanie to wspiera działania optymalizujące napowietrzanie składowiska w celu ograniczenia powstawania metanu, silnego gazu cieplarnianego.

System w walizce

Matthias Brennwald, fizyk środowiskowy Eawag, który opracował przenośny spektrometr mas, wyjaśnia: "Nasz instrument, ważący 13 kilogramów i zamontowany w walizce na kółkach, może zostać przeniesiony do najbardziej oddalonych lokalizacji. Po zainstalowaniu na miejscu, Mini-Ruedi może natychmiast i skutecznie mierzy gazy przy użyciu bardzo małych próbek, dzięki czemu nie zakłóca naturalnej dynamiki otoczenia. " System, który może działać autonomicznie, zapewnia ciągłe pomiary szerokiego zakresu gazów. Najbardziej odpowiednie miejsca i czasy pobierania próbek można zatem natychmiast zidentyfikować. Możliwe jest również długotrwałe działanie. Jak zauważa Brennwald: "Analizy, które w przeszłości były nie do pomyślenia - częściowo z powodów finansowych, ponieważ wymagały miesięcy pracy laboratoryjnej - są teraz możliwe".

Dwa tygodnie zamiast sześciu lat

Na przykład, używając urządzenia Mini-Ruedi, zespół Eawag potrzebował tylko dwóch tygodni na ukończenie projektu analizy wód gruntowych w Australii. Z konwencjonalnymi metodami i instrumentami, szacuje Brennwald, zespół potrzebowałby około sześciu lat w laboratorium. Niemniej jednak precyzja pomiarów nowego systemu jest godna uwagi, z analityczną niepewnością wynoszącą od jednego do trzech procent (w porównaniu z jednym do półtora procenta dla znacznie droższego, laboratoryjnego spektrometru). Inne korzyści oferowane przez system to niski pobór mocy (50 watów, nie więcej niż tradycyjna żarówka) i bezobsługowa praca. Brennwald podkreśla, że ​​"w przypadku osób pracujących przy użyciu instrumentów pomiarowych, wystarczy jeden dzień, aby nauczyć się obsługi przenośnego systemu".

Gotowe komponenty

Chociaż przenośny spektrometr mas może na pierwszy rzut oka wyglądać kompleksowo, w rzeczywistości składa się z zaledwie czterech głównych elementów (ryc. 1). Dopływający gaz przechodzi powoli przez dziesięciometrową rurkę kapilarną, przypominającą pień słonia (stąd nazwa systemu, "Ruedi Rüssel", będącego dobrze znaną siecią stacji benzynowych w Szwajcarii). Dwie pompy generują wymagane podciśnienie w komorze, w której mierzy się skład mieszaniny gazów i obfitość różnych gazów. Elektroniczny "mózg" systemu jest kontrolowany przez oprogramowanie opracowane przez samego Brennwalda. Tutaj wyniki są przesyłane do komputera.

Jeżeli gazy mają być analizowane w próbkach wody (np. Z jezior), stosuje się membranę w celu oddzielenia gazów od wody, tak aby delikatne komponenty systemu nie były narażone na wilgoć.

Utworzono spin-off Gasometrix

Zaledwie dwa lata po tym, jak Mini-Ruedi został po raz pierwszy rozmieszczony w projekcie, używa się kolejnych ośmiu instrumentów - w sumie pięć w Eawag i cztery na uniwersytetach w Genewie i Tybindze oraz laboratorium rocka Mont Terri. Ponieważ Matthias Brennwald otrzymał wiele zapytań (niezwiązanych z projektami Eawag) o zakup systemu, zdecydował - w porozumieniu z Eawag - o ustanowieniu spin-off. Od kwietnia pracuje nad przenośnymi systemami pod nazwą Gasometrix; jako lojalny pracownik Eawag, dodaje, to tylko linia boczna. Pierwszym klientem przejętym dla własnej firmy jest University of Oxford.

Aplikacje Mini-Ruedi na całym świecie

Mini-Ruedi może oceniać liczne gazy - obecnie zawierające hel, argon, krypton, azot, tlen, dwutlenek węgla i metan - w systemach środowiskowych. Pomiary określonych gazów mogą pomóc badaczom zrozumieć procesy leżące u podstaw powstawania gazu. Ponieważ ten kompaktowy system (60 cm x 40 cm x 14 cm, 13 kg) może analizować różne gazy w czasie krótszym niż jedna minuta i może być wykorzystywany w odległych lokalizacjach, jest już szeroko stosowany (na przykład w aplikacjach badawczych Eawag w okolicy świat, patrz: //gasometrix.com/map/). Został on wykorzystany na przykład do analiz wody do oceny systemów wód podziemnych lub do badania antropogenicznych wpływów na elementy wodne. W ostatnim projekcie w Republice Czeskiej przeanalizowano próbki gleby w celu zbadania wydychanego gazu ze sprężyn. Planowane są również analizy, które należy przeprowadzić dla norweskiej spółki naftowo-gazowej: tutaj należy monitorować przepływy gazu, aby wykryć wyciek metanu lub dwutlenku węgla.

menu
menu