En lågkostnads dioxinsensor baserad på epitaxiell, högren enkristallgrafen på kiselkarbid
Resultat
Dioxiner är en grupp extremt toxiska och svårnedbrytbara ämnen, vars analys i dagsläget är tidskrävande och dyr. De bildas vid ofullständig förbränning, till exempel i kraftvärmeverk. Idag finns över 200 anläggningar i Sverige som bränner hushållssopor för energiutvinning där sensorer skulle kunna användas för att övervaka och eliminera dioxinutsläpp i avfallsvatten från värmeverken för att optimera förbränningen och därmed verkningsgrad och lönsamhet. Dessutom finns behov av dioxinmätningar i ägg, fisk, kött med mera.
Zr-metallorganiska ramverk (MOFs) användes som förkoncentratorer för dioxiner, och temperaturprogrammerad desorption (TPD) för selektivt urval av analyten av intresse (från sammansatta matriser) för transport till högkänsliga sensorer baserade på grafen. För att etablera TPD protokoll studerades desorption vs temperatur för tcdd (dioxinen med högst toxicitet) som låtits ackumulera i Zr-MOF under vattenflöde vid RT. Baserat på masspektrometri fastställdes mätprotokoll för förkoncentrering, förångning av vatten, temperaturramp för desorption och detektion av tcdd.
Vi har utvecklat en sensorlösning med en uppskattad kostnad på cirka 200 SEK/ chip som medger bestämning av dioxinkoncentrationer inom 45 minuter. Jämfört med dagsläget, där bestämning av dioxiner kostar mellan 5000 och 15000 SEK per prov, kräver dyra instrument, och 3-5 dagars arbete utfört av specialisttränad labbpersonal, är detta oerhört lovande. En mer kostnads/resurs-effektiv bestämning av dioxiner väntas även leda till nya marknadsöppningar i och med att ekonomiska och praktiska hinder elimineras.
Projektet visar grafens unika möjligheter att kunna användas i billiga, extremt känsliga sensorer för effektivare förbränning och energiutvinning. I vatten uppvisade den framtagna lösningen tydlig respons mot tcdd ner till 20 pg/g (den lägsta koncentration som testades). Då vi inte hann med att testa i komplexa matriser eller mäta okända prover med det utvecklade instrumentet nåddes inte målet att demonstrera selektiv detektion. När detta är på plats behöver vi samarbeta med slutanvändare för mätningar som verifierar funktionalitet i fält.
