O echipă de cercetători de la universități din Scoția, Portugalia și Germania a dezvoltat un senzor care poate ajuta la detectarea prezenței pesticidelor în concentrații foarte mici în probele de apă.
Munca lor, descrisă într-o nouă lucrare publicată astăzi în revista Polymer Materials and Engineering, ar putea face monitorizarea apei mai rapidă, mai ușoară și mai ieftină.
Pesticidele sunt utilizate pe scară largă în agricultură în întreaga lume pentru a preveni pierderile de recolte. Cu toate acestea, trebuie procedat cu prudență, deoarece chiar și mici scurgeri în sol, apele subterane sau apa de mare pot dăuna sănătății umane, animalelor și mediului.
Monitorizarea regulată a mediului este esențială pentru a minimiza contaminarea apei, astfel încât să se poată lua măsuri prompte atunci când pesticidele sunt detectate în probele de apă. În prezent, testarea pesticidelor se face de obicei în condiții de laborator, folosind metode precum cromatografia și spectrometria de masă.
Deși aceste teste oferă rezultate fiabile și precise, ele pot necesita mult timp și pot fi costisitoare. O alternativă promițătoare este un instrument de analiză chimică numit împrăștiere Raman îmbunătățită la suprafață (SERS).
Când lumina atinge o moleculă, aceasta se împrăștie la frecvențe diferite, în funcție de structura moleculară a moleculei. SERS permite oamenilor de știință să detecteze și să identifice cantitatea de molecule reziduale dintr-o probă de testare adsorbită pe o suprafață metalică, analizând „amprenta” unică a luminii împrăștiate de molecule.
Acest efect poate fi amplificat prin modificarea suprafeței metalice astfel încât să poată adsorbi moleculele, îmbunătățind astfel capacitatea senzorului de a detecta concentrații scăzute de molecule în probă.
Echipa de cercetare și-a propus să dezvolte o nouă metodă de testare, mai portabilă, care ar putea adsorbi molecule în probele de apă folosind materiale imprimate 3D disponibile și ar putea oferi rezultate inițiale precise pe teren.
Pentru a realiza acest lucru, au studiat mai multe tipuri diferite de structuri celulare realizate dintr-un amestec de polipropilenă și nanotuburi de carbon cu pereți multipli. Clădirile au fost create folosind filamente topite, un tip comun de imprimare 3D.
Folosind tehnici tradiționale de chimie umedă, nanoparticulele de argint și aur sunt depuse pe suprafața structurii celulare pentru a permite un proces de împrăștiere Raman îmbunătățit la suprafață.
Ei au testat capacitatea mai multor structuri diferite de materiale celulare imprimate 3D de a absorbi și adsorbi moleculele colorantului organic albastru de metilen, apoi le-au analizat folosind un spectrometru Raman portabil.
Materialele care au avut cele mai bune rezultate în testele inițiale – structuri celulare periodice legate de nanoparticule de argint – au fost apoi adăugate pe banda de testare. Cantități mici de insecticide reale (Siram și paraquat) au fost adăugate în probe de apă de mare și apă dulce și plasate pe benzi de testare pentru analiza SERS.
Apa este preluată de la gura râului în Aveiro, Portugalia, și de la robinetele din aceeași zonă, care sunt testate periodic pentru a monitoriza eficient poluarea apei.
Cercetătorii au descoperit că benzile au putut detecta două molecule de pesticid în concentrații de până la 1 micromol, ceea ce este echivalentul unei molecule de pesticid la un milion de molecule de apă.
Profesorul Shanmugam Kumar, de la Școala de Inginerie James Watt din cadrul Universității din Glasgow, este unul dintre autorii lucrării. Această lucrare se bazează pe cercetările sale privind utilizarea tehnologiei de imprimare 3D pentru a crea rețele structurale nano-inginerie cu proprietăți unice.
„Rezultatele acestui studiu preliminar sunt foarte încurajatoare și arată că aceste materiale cu costuri reduse pot fi utilizate pentru a produce senzori pentru SERS care să detecteze pesticidele, chiar și la concentrații foarte mici.”
Dr. Sara Fateixa de la Institutul de Materiale CICECO Aveiro din cadrul Universității din Aveiro, coautoare a lucrării, a dezvoltat nanoparticule de plasmă care susțin tehnologia SERS. Deși această lucrare examinează capacitatea sistemului de a detecta anumite tipuri de contaminanți din apă, tehnologia ar putea fi aplicată cu ușurință pentru a monitoriza prezența contaminanților din apă.
Data publicării: 24 ian. 2024