Команда дослідників з університетів Шотландії, Португалії та Німеччини розробила датчик, який може допомогти виявити наявність пестицидів у дуже низьких концентраціях у зразках води.
Їхня робота, описана в новій статті, опублікованій сьогодні в журналі Polymer Materials and Engineering, може зробити моніторинг води швидшим, простішим та дешевшим.
Пестициди широко використовуються в сільському господарстві по всьому світу для запобігання втратам врожаю. Однак слід бути обережним, оскільки навіть невеликі витоки в ґрунт, ґрунтові води або морську воду можуть завдати шкоди здоров'ю людей, тварин та навколишнього середовища.
Регулярний моніторинг навколишнього середовища є важливим для мінімізації забруднення води, щоб можна було оперативно вжити заходів у разі виявлення пестицидів у зразках води. Наразі тестування пестицидів зазвичай проводиться в лабораторних умовах за допомогою таких методів, як хроматографія та мас-спектрометрія.
Хоча ці тести забезпечують надійні та точні результати, їх проведення може бути трудомістким та дорогим. Однією з перспективних альтернатив є інструмент хімічного аналізу під назвою поверхнево-посилене раманівське розсіювання (SERS).
Коли світло потрапляє на молекулу, воно розсіюється на різних частотах залежно від її молекулярної структури. SERS дозволяє вченим виявляти та ідентифікувати кількість залишкових молекул у тестовому зразку, адсорбованих на металевій поверхні, аналізуючи унікальний «відбиток» світла, розсіяного молекулами.
Цей ефект можна посилити, модифікуючи металеву поверхню таким чином, щоб вона могла адсорбувати молекули, тим самим покращуючи здатність датчика виявляти низькі концентрації молекул у зразку.
Дослідницька група поставила собі за мету розробити новий, більш портативний метод випробувань, який міг би адсорбувати молекули у зразках води, використовуючи доступні матеріали для 3D-друку та забезпечуючи точні початкові результати в польових умовах.
Для цього вони вивчили кілька різних типів клітинних структур, виготовлених із суміші поліпропілену та багатостінних вуглецевих нанотрубок. Будівлі були створені за допомогою розплавлених ниток, поширеного типу 3D-друку.
Використовуючи традиційні методи мокрої хімії, наночастинки срібла та золота осідають на поверхні клітинної структури, щоб забезпечити процес поверхнево-посиленого комбінаційного розсіювання.
Вони перевірили здатність кількох різних структур клітинного матеріалу, надрукованих за допомогою 3D-принтера, поглинати та адсорбувати молекули органічного барвника метиленового синього, а потім проаналізували їх за допомогою портативного раманівського спектрометра.
Матеріали, які найкраще показали себе в початкових тестах – ґратчасті структури (періодичні клітинні структури), пов'язані з наночастинками срібла – потім були додані до тестової смужки. Невеликі кількості справжніх інсектицидів (Сірам та паракват) були додані до зразків морської та прісної води та поміщені на тестові смужки для SERS-аналізу.
Воду беруть з гирла річки в Авейру, Португалія, та з кранів у тому ж районі, які регулярно перевіряються для ефективного контролю забруднення води.
Дослідники виявили, що смужки здатні виявляти дві молекули пестициду в концентраціях до 1 мікромоля, що еквівалентно одній молекулі пестициду на мільйон молекул води.
Професор Шанмугам Кумар з Інженерної школи Джеймса Ватта при Університеті Глазго є одним із авторів статті. Ця робота ґрунтується на його дослідженнях використання технології 3D-друку для створення наноінженерних структурних решіток з унікальними властивостями.
«Результати цього попереднього дослідження є дуже обнадійливими та показують, що ці недорогі матеріали можна використовувати для виробництва сенсорів для SERS для виявлення пестицидів навіть при дуже низьких концентраціях».
Доктор Сара Фатейша з Інституту матеріалів CICECO Авейру при Університеті Авейру, співавтор статті, розробила плазмові наночастинки, що підтримують технологію SERS. Хоча в цій статті досліджується здатність системи виявляти певні типи забруднювачів води, цю технологію можна легко застосувати для моніторингу наявності забруднювачів води.
Час публікації: 24 січня 2024 р.