Команда дослідників з університетів Шотландії, Португалії та Німеччини розробила датчик, який може допомогти виявити наявність пестицидів у дуже низьких концентраціях у пробах води.
Їх робота, описана в новій статті, опублікованій сьогодні в журналі Polymer Materials and Engineering, може зробити моніторинг води швидшим, легшим і дешевшим.
Пестициди широко використовуються в сільському господарстві по всьому світу, щоб запобігти втратам врожаю.Однак слід бути обережним, оскільки навіть невеликі витоки в ґрунт, підземні або морські води можуть завдати шкоди здоров’ю людей, тварин і навколишньому середовищу.
Регулярний моніторинг навколишнього середовища має важливе значення для мінімізації забруднення води, щоб можна було вжити оперативних заходів у разі виявлення пестицидів у пробах води.В даний час тестування пестицидів зазвичай проводиться в лабораторних умовах за допомогою таких методів, як хроматографія та мас-спектрометрія.
Хоча ці тести дають надійні та точні результати, їх виконання може зайняти багато часу та бути дорогим.Однією з багатообіцяючих альтернатив є інструмент хімічного аналізу під назвою Раманівське розсіювання з покращеним поверхнею (SERS).
Коли світло потрапляє на молекулу, воно розсіюється на різних частотах залежно від молекулярної структури молекули.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, модифікувавши металеву поверхню так, щоб вона могла адсорбувати молекули, тим самим покращуючи здатність датчика виявляти низькі концентрації молекул у зразку.
Дослідницька група вирішила розробити новий, більш портативний метод тестування, який міг би адсорбувати молекули у зразках води за допомогою доступних 3D-друкованих матеріалів і забезпечити точні початкові результати в польових умовах.
Для цього вони вивчили кілька різних типів клітинних структур, виготовлених із суміші поліпропілену та багатошарових вуглецевих нанотрубок.Будівлі були створені за допомогою розплавлених ниток, поширеного типу 3D-друку.
Використовуючи традиційні методи вологої хімії, наночастинки срібла та золота осідають на поверхні клітинної структури, щоб забезпечити процес комбінаційного розсіювання, що покращується поверхнею.
Вони перевірили здатність кількох різних 3D-друкованих структур клітинного матеріалу поглинати й адсорбувати молекули органічного барвника метиленового синього, а потім проаналізували їх за допомогою портативного раманівського спектрометра.
Матеріали, які показали найкращі результати в початкових тестах – решітки (періодичні комірчасті структури), пов’язані з наночастинками срібла – потім були додані до тестової смужки.Невеликі кількості справжніх інсектицидів (сірам і паракват) додавали до зразків морської та прісної води та поміщали на тест-смужки для аналізу SERS.
Вода береться з гирла річки в Авейру, Португалія, і з кранів у тому ж районі, які регулярно перевіряються для ефективного моніторингу забруднення води.
Дослідники виявили, що смужки здатні виявити 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 в Університеті Глазго є одним із авторів статті.Ця робота ґрунтується на його дослідженні використання технології 3D-друку для створення наноінженерних структурних решіток з унікальними властивостями.
«Результати цього попереднього дослідження є дуже обнадійливими і показують, що ці недорогі матеріали можна використовувати для виробництва датчиків для SERS для виявлення пестицидів, навіть у дуже низьких концентраціях».
Доктор Сара Фатейша з Інституту матеріалів CICECO Aveiro при Університеті Авейру, співавтор статті, розробила плазмові наночастинки, які підтримують технологію SERS.Хоча в цій статті розглядається здатність системи виявляти конкретні типи забруднювачів води, технологію можна легко застосувати для моніторингу присутності забруднюючих речовин у воді.
Час публікації: 24 січня 2024 р