Группа исследователей из университетов Шотландии, Португалии и Германии разработала датчик, который может помочь обнаружить присутствие пестицидов в очень низких концентрациях в пробах воды.
Их работа, описанная в новой статье, опубликованной сегодня в журнале Polymer Materials and Engineering, может сделать мониторинг воды быстрее, проще и дешевле.
Пестициды широко используются в сельском хозяйстве по всему миру для предотвращения потерь урожая.Однако необходимо проявлять осторожность, поскольку даже небольшие утечки в почву, грунтовые или морские воды могут нанести вред здоровью людей, животных и окружающей среде.
Регулярный экологический мониторинг необходим для минимизации загрязнения воды и принятия оперативных мер при обнаружении пестицидов в пробах воды.В настоящее время тестирование пестицидов обычно проводится в лабораторных условиях с использованием таких методов, как хроматография и масс-спектрометрия.
Хотя эти тесты дают надежные и точные результаты, их выполнение может занять много времени и стоит дорого.Одной из многообещающих альтернатив является инструмент химического анализа, называемый поверхностно-усиленным комбинационным рассеянием (SERS).
Когда свет попадает на молекулу, он рассеивается с разной частотой в зависимости от молекулярной структуры молекулы.SERS позволяет ученым обнаруживать и идентифицировать количество остаточных молекул в тестовом образце, адсорбированных на металлической поверхности, путем анализа уникального «отпечатка пальца» света, рассеянного молекулами.
Этот эффект можно усилить, модифицировав металлическую поверхность так, чтобы она могла адсорбировать молекулы, тем самым улучшая способность датчика обнаруживать низкие концентрации молекул в образце.
Исследовательская группа приступила к разработке нового, более портативного метода тестирования, который мог бы адсорбировать молекулы в пробах воды с использованием доступных материалов для 3D-печати и обеспечивать точные первоначальные результаты в полевых условиях.
Для этого они изучили несколько различных типов клеточных структур, изготовленных из смеси полипропилена и многостенных углеродных нанотрубок.Здания были созданы с использованием расплавленных нитей — распространенного типа 3D-печати.
Используя традиционные методы влажной химии, наночастицы серебра и золота осаждаются на поверхность клеточной структуры, чтобы обеспечить процесс комбинационного рассеяния света с усилением поверхности.
Они проверили способность нескольких различных структур клеточного материала, напечатанных на 3D-принтере, поглощать и адсорбировать молекулы органического красителя метиленового синего, а затем проанализировали их с помощью портативного рамановского спектрометра.
Затем к тест-полоске были добавлены материалы, показавшие лучшие результаты в первоначальных тестах — решетчатые конструкции (периодические ячеистые структуры), связанные с наночастицами серебра.Небольшие количества настоящих инсектицидов (сирам и паракват) были добавлены в образцы морской и пресной воды и помещены на тест-полоски для анализа SERS.
Вода берется из устья реки в Авейру, Португалия, а также из кранов в том же районе, которые регулярно проверяются на предмет эффективного контроля загрязнения воды.
Исследователи обнаружили, что полоски смогли обнаружить две молекулы пестицидов в концентрации всего 1 микромоль, что эквивалентно одной молекуле пестицида на миллион молекул воды.
Профессор Шанмугам Кумар из Инженерной школы Джеймса Уатта при Университете Глазго является одним из авторов статьи.Эта работа основана на его исследованиях использования технологии 3D-печати для создания наноинженерных структурных решеток с уникальными свойствами.
«Результаты этого предварительного исследования очень обнадеживают и показывают, что эти недорогие материалы могут быть использованы для производства датчиков SERS для обнаружения пестицидов даже в очень низких концентрациях».
Доктор Сара Фатейша из Института материалов CICECO Авейру при Университете Авейру, соавтор статьи, разработала плазменные наночастицы, которые поддерживают технологию SERS.Хотя в этой статье рассматривается способность системы обнаруживать определенные типы загрязнителей воды, эту технологию можно легко применить для мониторинга присутствия загрязнителей воды.
Время публикации: 24 января 2024 г.