In de VS is een goedkope sensor gepresenteerd die methaan en lachgas detecteert op ppb-niveau. Handig om broeikasgasemissies te monitoren, schrijft Rice University-laserspecialist Frank Tittel in het tijdschrift Analyst.

De onderzoekers hebben het prototype uitgeprobeerd op een vuilnisbelt bij Houston, en ontdekten dat ze 13 ppb CH₄ en 6 ppb N₂O op volumebasis nog konden meten. Om dergelijke concentraties te meten had je tot nu toe een tamelijk groot apparaat nodig, maar de componenten van de nieuwe sensor zijn zo klein dat ze in principe in een smartphone-behuizing moeten passen.

De sensor is gebaseerd op ‘quartz-enhanced photoacoustic absorption spectroscopy’ (QEPAS), een techniek die Tittel en collega’s in 2002 voor het eerst introduceerden. QEPAS is gebaseerd op het foto-akoestisch effect. Als gasmoleculen licht van een bepaalde golflengte absorberen, warmen ze op. Laat je de lichtbron knipperen, dan gaat het gas beurtelings uitzetten en weer inkrimpen en krijg je een geluidsgolf met dezelfde frequentie als dat geknipper. Met die geluidsgolf breng je een miniatuur stemvork in trilling. Die is gemaakt van kwarts en werkt als piëzo-elektrisch element. De trilling wordt dus omgezet in een potentiaalverschil, en dát is wat je meet.

Elk molecuul heeft zijn eigen absorptiebanden, dus het hangt van de golflengte van het gebruikte licht af welke component van je gas meetrilt. En hoe hoger de concentratie, des te heftiger de geluidsgolven, dus kwantitatief meten kan ook.

Het principe is dus niet nieuw, maar volgens Tittel kun je het pas sinds kort verwerken in een draagbare sensor. Dit omdat er geminiaturiseerde kwantumcascadelasers (QCL) op de markt zijn verschenen. Die produceren licht in het verre einde van het infraroodgebied, wat een grotere gevoeligheid mogelijk maakt dan je van een nabij-infraroodlaser mag verwachten. Die QCL’s zijn ook niet nieuw maar in het verleden waren ze veel te groot voor deze toepassing.

En het beste nieuws is dat die miniatuur stemvorkjes gewoon te koop zijn als component van digitale horloges, en nog geen dubbeltje kosten.

bron: Rice