SBIR Phase I: Hand-held Reagentless Trace Chemical (TraC) Water Quality Sensor

SBIR 第一阶段:手持式无试剂微量化学物质 (TraC) 水质传感器

基本信息

  • 批准号:
    1315831
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-07-01 至 2013-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Proposal Number IIP-1315831This Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project is to develop and demonstrate a low cost, hand-held, reagentless instrument to provide real-time, in-situ, detection of trace chemical contaminants in water for environmental, municipal waste treatment, industrial waste, and other fixed and mobile water measurement settings. A specific example of the Trace Chemical (TraC) sensor is aimed at an on-line or off-line monitoring system that will improve the reliability and performance of wastewater treatment systems that are designed to remove nitrogen through Simultaneous Nitrification and DeNitrification (SNdN). This is an example of a major source of potential environmental contamination. The technology of the proposed innovative sensor is deep ultraviolet excited resonance Raman (DUV-RR) and native fluorescence spectroscopy which will enable real time, in situ, measurement of nitrate and nitrite in Biological Nutrient Removal (BNR) system reactors without the need for reagents, sample handling, or complex calibration procedures. The TraC sensor integrates two new technologies to provide dramatic reductions in size, weight, power consumption, and cost: a new technology narrow and stable linewidth deep UV laser and a new technology high data rate linear resistive gate CCD array detector. The broader impact/commercial potential of this project is to replace many analytical instruments that are currently employed to measure bulk or trace contaminants in water, air, soils, or surfaces. Most existing instruments require a significant amount of sample preparation and handling as well as the use of reagents and other consumables. Optical methods of analyzing contaminants continue to gain importance because of the basic non-contact, non-invasive nature, and speed of the measurement. Raman and native fluorescence spectroscopy has been increasingly employed to provide high levels of specificity in chemical identification without the need for dye tags or labels. This has been done to date in instruments mostly operating in the visible and infrared. Operating at these wavelengths has provided significant limitations in the types and concentrations of chemicals that can be detected because of low cross-sections and/or fluorescence obscuration of weak Raman emissions at these wavelengths. Moving to the deep UV below 250 nm offers a solution which has been demonstrated in large laboratory instruments but not yet possible in hand-held instruments. This will open up many markets for trace contaminant detection in a broad range of water, and soil environmental, force protection, and municipal, industrial, agricultural, and medical applications.
提案编号IIP-1315831本小型企业创新研究(SBIR)第一阶段项目旨在开发和演示一种低成本、手持式、无试剂仪器,用于环境、城市废物处理、工业废物和其他固定和移动的水测量设置中水中痕量化学污染物的实时原位检测。 痕量化学(TraC)传感器的一个具体示例针对在线或离线监测系统,该系统将提高废水处理系统的可靠性和性能,该系统旨在通过同步硝化和反硝化(SNdN)去除氮。 这是潜在环境污染的主要来源的一个例子。 提出的创新传感器的技术是深紫外激发共振拉曼(DUV-RR)和天然荧光光谱,这将使真实的时间,在原位,测量硝酸盐和亚硝酸盐的生物营养物去除(BNR)系统反应器,而不需要试剂,样品处理,或复杂的校准程序。 TraC传感器集成了两项新技术,可大幅降低尺寸、重量、功耗和成本:一项新技术窄而稳定的线宽深紫外激光器和一项新技术高数据速率线性电阻栅CCD阵列检测器。 该项目更广泛的影响/商业潜力是取代目前用于测量水、空气、土壤或表面中大量或痕量污染物的许多分析仪器。 大多数现有仪器需要大量的样品制备和处理以及使用试剂和其他消耗品。 由于基本的非接触、非侵入性和测量速度,分析污染物的光学方法继续获得重要性。 拉曼和天然荧光光谱已越来越多地用于在化学鉴定中提供高水平的特异性,而不需要染料标签或标记。 迄今为止,这主要是在可见光和红外线下工作的仪器中进行的。 由于在这些波长下的弱拉曼发射的低横截面和/或荧光遮蔽,在这些波长下的操作在可检测的化学品的类型和浓度方面提供了显著的限制。 移动到250 nm以下的深紫外线提供了一种解决方案,该解决方案已在大型实验室仪器中得到证明,但在手持式仪器中尚不可能。 这将为水、土壤环境、力保护以及市政、工业、农业和医疗应用中的痕量污染物检测开辟许多市场。

项目成果

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