Екип от изследователи от университети в Шотландия, Португалия и Германия е разработил сензор, който може да помогне за откриване на наличието на пестициди в много ниски концентрации във водни проби.
Тяхната работа, описана в нова статия, публикувана днес в списанието Polymer Materials and Engineering, би могла да направи мониторинга на водата по-бърз, по-лесен и по-евтин.
Пестицидите се използват широко в селското стопанство по целия свят за предотвратяване на загуби на реколта. Трябва обаче да се внимава, тъй като дори малки течове в почвата, подпочвените води или морската вода могат да причинят вреда на здравето на хората, животните и околната среда.
Редовният мониторинг на околната среда е от съществено значение за минимизиране на замърсяването на водата, така че да могат да се предприемат бързи действия при откриване на пестициди във водни проби. Понастоящем тестването на пестициди обикновено се извършва в лабораторни условия, използвайки методи като хроматография и масспектрометрия.
Въпреки че тези тестове предоставят надеждни и точни резултати, тяхното изпълнение може да отнеме много време и да бъде скъпо. Една обещаваща алтернатива е инструмент за химичен анализ, наречен повърхностно-усилено раманово разсейване (SERS).
Когато светлината попадне върху молекула, тя се разсейва с различни честоти в зависимост от молекулярната структура на молекулата. SERS позволява на учените да откриват и идентифицират количеството остатъчни молекули в тестова проба, адсорбирани върху метална повърхност, чрез анализ на уникалния „пръстов отпечатък“ на светлината, разсеяна от молекулите.
Този ефект може да се засили чрез модифициране на металната повърхност, така че тя да може да адсорбира молекули, като по този начин се подобрява способността на сензора да открива ниски концентрации на молекули в пробата.
Изследователският екип си е поставил за цел да разработи нов, по-преносим метод за тестване, който би могъл да адсорбира молекули във водни проби, използвайки налични 3D отпечатани материали и да осигури точни първоначални резултати в полеви условия.
За да направят това, те са изследвали няколко различни вида клетъчни структури, направени от смес от полипропилен и многостенни въглеродни нанотръби. Сградите са създадени с помощта на разтопени нишки, често срещан вид 3D печат.
Използвайки традиционни техники за мокра химия, сребърни и златни наночастици се отлагат върху повърхността на клетъчната структура, за да се даде възможност за процес на раманово разсейване с подобрена повърхностна структура.
Те тестваха способността на няколко различни 3D-отпечатани клетъчни материални структури да абсорбират и адсорбират молекули на органичното багрило метиленово синьо и след това ги анализираха с помощта на преносим Раманов спектрометър.
Материалите, които се представиха най-добре в първоначалните тестове – решетъчни структури (периодични клетъчни структури), свързани със сребърни наночастици – бяха добавени към тестовата лента. Малки количества истински инсектициди (Сирам и паракват) бяха добавени към проби от морска и сладка вода и поставени върху тестови ленти за SERS анализ.
Водата се взема от устието на реката в Авейро, Португалия, и от чешми в същия район, които редовно се тестват за ефективно наблюдение на замърсяването на водата.
Изследователите установили, че лентите са способни да открият две молекули пестицид в концентрации от едва 1 микромол, което е еквивалентно на една молекула пестицид на милион молекули вода.
Професор Шанмугам Кумар от Инженерното училище „Джеймс Уат“ към Университета в Глазгоу е един от авторите на статията. Тази работа надгражда неговите изследвания върху използването на технологията за 3D печат за създаване на наноинженерни структурни решетки с уникални свойства.
„Резултатите от това предварително проучване са много окуражаващи и показват, че тези евтини материали могат да бъдат използвани за производство на сензори за SERS за откриване на пестициди, дори при много ниски концентрации.“
Д-р Сара Фатейша от Института за материали CICECO Aveiro към Университета в Авейро, съавтор на статията, е разработила плазмени наночастици, които поддържат SERS технологията. Макар че тази статия изследва способността на системата да открива специфични видове замърсители на водата, технологията би могла лесно да се приложи за наблюдение на наличието на замърсители във водата.
Време на публикуване: 24 януари 2024 г.