Skóciai, portugál és német egyetemek kutatóinak egy csoportja kifejlesztett egy érzékelőt, amely segíthet kimutatni a növényvédő szerek jelenlétét nagyon alacsony koncentrációban a vízmintákban.
Munkájukat, amelyet a Polymer Materials and Engineering folyóiratban ma megjelent új tanulmányukban ismertettek, gyorsabbá, könnyebbé és olcsóbbá tehetik a víz monitorozását.
A növényvédő szereket világszerte széles körben használják a mezőgazdaságban a terméskiesés megelőzésére. Azonban óvatosan kell eljárni, mivel még a talajba, a talajvízbe vagy a tengervízbe jutó kis szivárgások is károsíthatják az emberek, az állatok és a környezet egészségét.
A rendszeres környezeti monitorozás elengedhetetlen a vízszennyezés minimalizálása érdekében, hogy azonnal intézkedni lehessen, ha növényvédőszereket észlelnek a vízmintákban. Jelenleg a növényvédőszer-vizsgálatot általában laboratóriumi körülmények között végzik olyan módszerekkel, mint a kromatográfia és a tömegspektrometria.
Bár ezek a tesztek megbízható és pontos eredményeket adnak, időigényesek és költségesek lehetnek. Egy ígéretes alternatíva egy kémiai elemző eszköz, az úgynevezett felület-erősített Raman-szórás (SERS).
Amikor a fény egy molekulára esik, a molekula szerkezetétől függően különböző frekvenciákon szóródik. A SERS lehetővé teszi a tudósok számára, hogy a molekulák által szórt fény egyedi „ujjlenyomatának” elemzésével kimutatsák és azonosítsák a fémfelületen adszorbeált tesztmintában maradt molekulák mennyiségét.
Ez a hatás fokozható a fémfelület módosításával, hogy az adszorbeálhassa a molekulákat, ezáltal javítva az érzékelő azon képességét, hogy alacsony molekulakoncentrációkat is kimutathasson a mintában.
A kutatócsoport egy új, hordozhatóbb vizsgálati módszer kidolgozását tűzte ki célul, amely a rendelkezésre álló 3D nyomtatott anyagok felhasználásával képes molekulákat adszorbeálni a vízmintákba, és pontos kezdeti eredményeket szolgáltatni a terepen.
Ehhez számos különböző típusú sejtszerkezetet vizsgáltak, amelyek polipropilén és többfalú szén nanocsövek keverékéből készültek. Az épületeket olvadt szálak segítségével hozták létre, ami a 3D nyomtatás egy elterjedt típusa.
Hagyományos nedves kémiai technikák alkalmazásával ezüst és arany nanorészecskéket raknak le a sejtszerkezet felületére, lehetővé téve a felületileg fokozott Raman-szórási folyamatot.
Több különböző, 3D nyomtatott sejtszerkezetnek a metilénkék szerves festék molekuláinak elnyelésére és adszorbeálására való képességét tesztelték, majd hordozható Raman-spektrométerrel elemezték őket.
Az első tesztekben legjobban teljesítő anyagokat – ezüst nanorészecskékhez kötött rácsszerkezeteket (periodikus sejtszerkezeteket) – ezután adták a tesztcsíkhoz. Kis mennyiségű valódi rovarirtó szert (Siram és paraquat) adtak tengervíz- és édesvízmintákhoz, majd tesztcsíkokra helyezték SERS-analízis céljából.
A vizet a portugáliai Aveiró-i folyó torkolatából és az ugyanott található csapokból veszik, amelyeket rendszeresen tesztelnek a vízszennyezés hatékony ellenőrzése érdekében.
A kutatók azt találták, hogy a tesztcsíkok két peszticid molekulát tudtak kimutatni akár 1 mikromol koncentrációban is, ami egy peszticid molekulának felel meg millió vízmolekulánként.
Shanmugam Kumar professzor, a Glasgow-i Egyetem James Watt Műszaki Iskolájának munkatársa a tanulmány egyik szerzője. Ez a munka a 3D nyomtatási technológia alkalmazásáról szóló kutatására épül, amelynek célja egyedi tulajdonságokkal rendelkező nanotechnológiás szerkezeti rácsok létrehozása.
„Ennek az előzetes tanulmánynak az eredményei nagyon biztatóak, és azt mutatják, hogy ezek az olcsó anyagok felhasználhatók érzékelők előállítására a SERS számára, hogy akár nagyon alacsony koncentrációban is kimutathassák a peszticideket.”
Dr. Sara Fateixa, az Aveirói Egyetem CICECO Aveiro Anyagtudományi Intézetének munkatársa és a tanulmány társszerzője olyan plazma nanorészecskéket fejlesztett ki, amelyek támogatják a SERS technológiát. Bár ez a tanulmány a rendszer azon képességét vizsgálja, hogy bizonyos típusú vízszennyező anyagokat képes kimutatni, a technológia könnyen alkalmazható a vízszennyező anyagok jelenlétének monitorozására is.
Közzététel ideje: 2024. január 24.