Сензор за квалитет на вода

Тим истражувачи од универзитети во Шкотска, Португалија и Германија разви сензор кој може да помогне во откривање на присуство на пестициди во многу ниски концентрации во примероци од вода.
Нивната работа, опишана во нов труд објавен денес во списанието „Полимерни материјали и инженерство“, би можела да го направи мониторингот на водата побрз, полесен и поевтин.
Пестицидите се широко користени во земјоделството низ целиот свет за да се спречат загуби на земјоделски култури. Сепак, мора да се биде претпазлив, бидејќи дури и малите протекувања во почвата, подземните води или морската вода можат да предизвикаат штета на здравјето на луѓето, животните и животната средина.

Редовното следење на животната средина е од суштинско значење за минимизирање на контаминацијата на водата, така што може да се преземат брзи мерки кога ќе се детектираат пестициди во примероците од вода. Во моментов, тестирањето на пестициди обично се врши во лабораториски услови со употреба на методи како што се хроматографија и масена спектрометрија.
Иако овие тестови даваат сигурни и точни резултати, нивното спроведување може да одзема многу време и да биде скапо. Една ветувачка алтернатива е алатка за хемиска анализа наречена површинско подобрено Раманово расејување (SERS).
Кога светлината ќе погоди молекул, таа се расејува на различни фреквенции во зависност од молекуларната структура на молекулата. SERS им овозможува на научниците да детектираат и идентификуваат количината на преостанати молекули во тест примерокот адсорбиран на метална површина со анализа на уникатниот „отпечаток“ на светлината расејана од молекулите.
Овој ефект може да се подобри со модифицирање на металната површина така што таа може да адсорбира молекули, со што се подобрува способноста на сензорот да детектира ниски концентрации на молекули во примерокот.
Истражувачкиот тим се заложи да развие нов, попренослив метод за тестирање што би можел да адсорбира молекули во примероци од вода користејќи достапни 3D печатени материјали и да обезбеди точни почетни резултати на терен.
За да го направат тоа, тие проучувале неколку различни видови клеточни структури направени од мешавина од полипропилен и повеќеслојни јаглеродни наноцевки. Зградите биле создадени со употреба на стопени филаменти, вообичаен вид на 3D печатење.
Користејќи традиционални техники на влажна хемија, наночестички од сребро и злато се депонираат на површината на клеточната структура за да се овозможи површински подобрен процес на Раманово расејување.
Тие ја тестираа способноста на неколку различни 3D печатени структури на клеточни материјали да апсорбираат и адсорбираат молекули од органската боја метиленско сино, а потоа ги анализираа со помош на преносен Раманов спектрометар.
Материјалите што се покажаа најдобри во почетните тестови – дизајни на решетки (периодични клеточни структури) врзани за сребрени наночестички – потоа беа додадени на тест лентата. Мали количини на вистински инсектициди (сирам и паракват) беа додадени во примероци од морска вода и слатка вода и поставени на тест ленти за SERS анализа.
Водата се зема од устието на реката во Авеиро, Португалија, и од чешми во истата област, кои редовно се тестираат за ефикасно следење на загадувањето на водата.
Истражувачите откриле дека лентите биле способни да детектираат две молекули на пестициди во концентрации ниски како 1 микромол, што е еквивалентно на една молекула на пестицид на милион молекули на вода.
Професорот Шанмугам Кумар, од Факултетот за инженерство „Џејмс Ват“ при Универзитетот во Глазгов, е еден од авторите на трудот. Оваа работа се темели на неговото истражување за употребата на технологијата за 3Д печатење за создавање наноинженерски структурни решетки со уникатни својства.
„Резултатите од оваа прелиминарна студија се многу охрабрувачки и покажуваат дека овие евтини материјали можат да се користат за производство на сензори за SERS за откривање на пестициди, дури и при многу ниски концентрации.“
Д-р Сара Фатеикса од Институтот за материјали CICECO Aveiro при Универзитетот во Авеиро, коавтор на трудот, развила плазма наночестички кои ја поддржуваат SERS технологијата. Иако овој труд ја испитува способноста на системот да детектира специфични видови загадувачи на водата, технологијата лесно би можела да се примени за следење на присуството на загадувачи на водата.