Μια ομάδα ερευνητών από πανεπιστήμια στη Σκωτία, την Πορτογαλία και τη Γερμανία ανέπτυξε έναν αισθητήρα που μπορεί να βοηθήσει στην ανίχνευση της παρουσίας φυτοφαρμάκων σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις σε δείγματα νερού.
Η δουλειά τους, που περιγράφεται σε μια νέα εργασία που δημοσιεύτηκε σήμερα στο περιοδικό Polymer Materials and Engineering, θα μπορούσε να κάνει την παρακολούθηση του νερού ταχύτερη, ευκολότερη και φθηνότερη.
Τα φυτοφάρμακα χρησιμοποιούνται ευρέως στη γεωργία σε όλο τον κόσμο για την πρόληψη των απωλειών των καλλιεργειών.Ωστόσο, πρέπει να δίνεται προσοχή, καθώς ακόμη και μικρές διαρροές στο έδαφος, τα υπόγεια ύδατα ή το θαλασσινό νερό μπορούν να προκαλέσουν βλάβη στην υγεία του ανθρώπου, των ζώων και του περιβάλλοντος.
Η τακτική περιβαλλοντική παρακολούθηση είναι απαραίτητη για την ελαχιστοποίηση της μόλυνσης του νερού, ώστε να μπορούν να ληφθούν άμεσα μέτρα όταν ανιχνεύονται φυτοφάρμακα σε δείγματα νερού.Επί του παρόντος, οι δοκιμές φυτοφαρμάκων γίνονται συνήθως σε εργαστηριακές συνθήκες χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως η χρωματογραφία και η φασματομετρία μάζας.
Ενώ αυτές οι δοκιμές παρέχουν αξιόπιστα και ακριβή αποτελέσματα, μπορεί να είναι χρονοβόρες και δαπανηρές στην εκτέλεσή τους.Μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση είναι ένα εργαλείο χημικής ανάλυσης που ονομάζεται επιφανειακή ενίσχυση Raman Scattering (SERS).
Όταν το φως χτυπά ένα μόριο, διασκορπίζεται σε διαφορετικές συχνότητες ανάλογα με τη μοριακή δομή του μορίου.Το SERS επιτρέπει στους επιστήμονες να ανιχνεύουν και να προσδιορίζουν την ποσότητα των υπολειμματικών μορίων σε ένα δοκιμαστικό δείγμα που έχει προσροφηθεί σε μια μεταλλική επιφάνεια, αναλύοντας το μοναδικό «δακτυλικό αποτύπωμα» του φωτός που διασκορπίζεται από τα μόρια.
Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να ενισχυθεί με την τροποποίηση της μεταλλικής επιφάνειας έτσι ώστε να μπορεί να προσροφήσει μόρια, βελτιώνοντας έτσι την ικανότητα του αισθητήρα να ανιχνεύει χαμηλές συγκεντρώσεις μορίων στο δείγμα.
Η ερευνητική ομάδα ξεκίνησε να αναπτύξει μια νέα, πιο φορητή μέθοδο δοκιμής που θα μπορούσε να προσροφήσει μόρια σε δείγματα νερού χρησιμοποιώντας διαθέσιμα τρισδιάστατα εκτυπωμένα υλικά και να παρέχει ακριβή αρχικά αποτελέσματα στο πεδίο.
Για να γίνει αυτό, μελέτησαν αρκετούς διαφορετικούς τύπους κυτταρικών δομών κατασκευασμένων από ένα μείγμα πολυπροπυλενίου και νανοσωλήνων άνθρακα πολλαπλών τοιχωμάτων.Τα κτίρια δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας λιωμένα νήματα, έναν κοινό τύπο τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Χρησιμοποιώντας παραδοσιακές τεχνικές υγρής χημείας, τα νανοσωματίδια αργύρου και χρυσού εναποτίθενται στην επιφάνεια της δομής του κυττάρου για να καταστεί δυνατή μια βελτιωμένη επιφανειακά διαδικασία σκέδασης Raman.
Εξέτασαν την ικανότητα πολλών διαφορετικών δομών 3D εκτυπωμένων υλικών κυττάρων να απορροφούν και να προσροφούν μόρια της οργανικής χρωστικής μπλε του μεθυλενίου και στη συνέχεια τα ανέλυσαν χρησιμοποιώντας ένα φορητό φασματόμετρο Raman.
Τα υλικά που είχαν καλύτερη απόδοση στις αρχικές δοκιμές - σχέδια δικτυωτού πλέγματος (περιοδικές κυτταρικές δομές) συνδεδεμένα με νανοσωματίδια αργύρου - προστέθηκαν στη συνέχεια στη δοκιμαστική ταινία.Μικρές ποσότητες πραγματικών εντομοκτόνων (Siram και paraquat) προστέθηκαν σε δείγματα θαλασσινού και γλυκού νερού και τοποθετήθηκαν σε δοκιμαστικές ταινίες για ανάλυση SERS.
Το νερό λαμβάνεται από τις εκβολές του ποταμού στο Αβέιρο της Πορτογαλίας και από βρύσες στην ίδια περιοχή, οι οποίες ελέγχονται τακτικά για την αποτελεσματική παρακολούθηση της ρύπανσης των υδάτων.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι ταινίες ήταν σε θέση να ανιχνεύσουν δύο μόρια φυτοφαρμάκου σε συγκεντρώσεις τόσο χαμηλές όσο 1 μικρογραμμομόριο, που ισοδυναμεί με ένα μόριο φυτοφαρμάκου ανά εκατομμύριο μόρια νερού.
Ο καθηγητής Shanmugam Kumar, από τη Σχολή Μηχανικών James Watt στο Πανεπιστήμιο της Γλασκόβης, είναι ένας από τους συγγραφείς της εργασίας.Αυτή η εργασία βασίζεται στην έρευνά του σχετικά με τη χρήση τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης για τη δημιουργία δομικών δικτυωμάτων με νανομηχανική με μοναδικές ιδιότητες.
«Τα αποτελέσματα αυτής της προκαταρκτικής μελέτης είναι πολύ ενθαρρυντικά και δείχνουν ότι αυτά τα υλικά χαμηλού κόστους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή αισθητήρων για SERS για τον εντοπισμό φυτοφαρμάκων, ακόμη και σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις».
Η Δρ Sara Fateixa από το Ινστιτούτο Υλικών CICECO Aveiro στο Πανεπιστήμιο του Aveiro, συν-συγγραφέας της εργασίας, έχει αναπτύξει νανοσωματίδια πλάσματος που υποστηρίζουν την τεχνολογία SERS.Ενώ αυτό το έγγραφο εξετάζει την ικανότητα του συστήματος να ανιχνεύει συγκεκριμένους τύπους ρύπων νερού, η τεχνολογία θα μπορούσε εύκολα να εφαρμοστεί για την παρακολούθηση της παρουσίας ρυπαντών νερού.
Ώρα δημοσίευσης: Ιαν-24-2024