EXP-SA: Development of highly sensitive ultrafast micro gas chromatography for explosive detection

EXP-SA:开发用于爆炸物检测的高灵敏度超快微型气相色谱法

基本信息

项目摘要

It is proposed to investigate fundamental and engineering aspects of a novel micro gas chromatography (GC) system using capillary-based optical ring resonators (CBORRs) for rapid, highly sensitive and accurate explosive detection and identification. The long-term goal is to leverage research in photonic sensors, microfluidics, microfabrication, bio/chemical sensing, and GC to develop next-generation portable explosive detectors for applications in battlefield and homeland security. Toward this end, there are four specific objectives: 1. Systematic fabrication, theoretical analysis, and experimental characterization of the CBORR sensor; 2. Construction and characterization of the laboratory GC system based on CBORR; 3. Validation of rapid and sensitive detection of explosives from matrix samples; 4. Education of students at the high school, undergraduate, and graduate levels through various training venues. Intellectual Merit: The proposed GC utilizes thin-walled micro-sized glass capillaries whose interior surface is coated with the stationary phase for gas separation. The circular cross section of the capillary forms a series of optical ring resonators capable of detecting analytes flowing in the capillary. This novel sensing architecture combines (1) separation and analysis power of GC; (2) high sensitivity and on-column array detection of optical ring resonators; and (3) excellent fluid handling capability inherent to capillaries, thus enabling sensitive ( 1 picogram) and accurate identification of explosives from highly interfering background with extremely high speed ( 3 second) and minimal false positives. The device developed through the proposed research will provide dramatic improvements in the speed, chemical discrimination, and range of analytes of field-deployable explosive detectors. It will also have a wide range of applications in environmental monitoring, analytical chemistry, and health care. The team involves both academia (University of Missouri Columbia) and industry (ICx Nomadics). Broader Impact: Through the internship program at Nomadics, students will have an excellent opportunity to conduct research in an industrial setting. Several undergraduate courses are under development to introduce research frontiers in bio/chemical sensing to students. The investigators will make use of existing campus program to involve underrepresented student groups in the research. Outreach to K-12 schools will be expanded to involve more high school students in lab research.
建议使用基于毛细管的光环谐振器(CBORRS)来研究新型微气相色谱(GC)系统的基本和工程方面,以快速,高度敏感和准确的爆炸性检测和识别。长期的目标是利用光子传感器,微流体,微加工,生物/化学传感和GC的研究,以开发下一代便携式爆炸物探测器,以用于战场和国土安全部的应用。为此,有四个特定的目标:1。系统制造,理论分析和CBORR传感器的实验表征; 2。基于CBORR的实验室GC系统的构建和表征; 3。验证从基质样品对炸药的快速和敏感检测; 4。通过各种培训场所在高中,本科生和研究生级别的学生教育。智力优点:拟议的GC利用薄壁的微型玻璃毛细血管,其内部表面与固定相覆盖以进行气体分离。毛细管的圆形横截面形成了一系列能够检测毛细管中流动的分析物的光学环谐振器。这种新颖的传感结构结合了(1)GC的分离和分析能力; (2)光圈谐振器的高灵敏度和柱上阵列检测; (3)毛细血管固有的出色流体处理能力,从而实现了敏感的(1个皮克图),并准确地鉴定出具有极高速度(3秒)的高度干扰背景和最小误报的炸药。通过拟议的研究开发的设备将在速度,化学歧视和可探测爆炸性探测器的分析物范围内进行显着改善。它在环境监测,分析化学和医疗保健方面还将有广泛的应用。该团队涉及学术界(密苏里大学哥伦比亚大学)和工业(ICX Nomadics)。更广泛的影响:通过Nomadics的实习计划,学生将有绝佳的机会在工业环境中进行研究。 正在开发几门本科课程,以向学生介绍生物/化学感测的研究前沿。调查人员将利用现有的校园计划使代表性不足的学生群体参与研究。向K-12学校的推广将扩大,以使更多的高中学生参与实验室研究。

项目成果

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