Skotlannin, Portugalin ja Saksan yliopistojen tutkijaryhmä on kehittänyt anturin, joka voi auttaa havaitsemaan torjunta-aineiden läsnäolon erittäin pieninä pitoisuuksina vesinäytteistä.
Heidän työnsä, joka on kuvattu tänään Polymer Materials and Engineering -lehdessä julkaistussa uudessa artikkelissa, voisi tehdä veden seurannasta nopeampaa, helpompaa ja halvempaa.
Torjunta-aineita käytetään laajasti maataloudessa ympäri maailmaa estämään sadon menetyksiä.Varovaisuutta on kuitenkin noudatettava, sillä pienetkin vuodot maaperään, pohjaveteen tai meriveteen voivat aiheuttaa haittaa ihmisten, eläinten ja ympäristön terveydelle.
Säännöllinen ympäristön seuranta on välttämätöntä veden saastumisen minimoimiseksi, jotta voidaan ryhtyä nopeasti toimiin, kun vesinäytteistä havaitaan torjunta-aineita.Tällä hetkellä torjunta-aineiden testaus tehdään yleensä laboratorio-olosuhteissa käyttämällä menetelmiä, kuten kromatografiaa ja massaspektrometriaa.
Vaikka nämä testit tarjoavat luotettavia ja tarkkoja tuloksia, ne voivat olla aikaa vieviä ja kalliita suorittaa.Yksi lupaava vaihtoehto on kemiallinen analyysityökalu, jota kutsutaan pintatehostetuksi Raman Scatteringiksi (SERS).
Kun valo osuu molekyyliin, se siroaa eri taajuuksilla riippuen molekyylin molekyylirakenteesta.SERS-tekniikan avulla tutkijat voivat havaita ja tunnistaa metallipintaan adsorboidun testinäytteen jäännösmolekyylien määrän analysoimalla molekyylien sirottaman valon ainutlaatuista "sormenjälkeä".
Tätä vaikutusta voidaan tehostaa modifioimalla metallipintaa siten, että se voi adsorboida molekyylejä, mikä parantaa anturin kykyä havaita alhaisia molekyylipitoisuuksia näytteestä.
Tutkimusryhmä päätti kehittää uuden, kannettavamman testimenetelmän, joka voisi adsorboida molekyylejä vesinäytteisiin käyttämällä saatavilla olevia 3D-tulostettuja materiaaleja ja antaa tarkkoja alkutuloksia kentällä.
Tätä varten he tutkivat useita erilaisia solurakenteita, jotka oli valmistettu polypropeenin ja moniseinäisten hiilinanoputkien seoksesta.Rakennukset luotiin sulatettujen filamenttien avulla, joka on yleinen 3D-tulostus.
Perinteisiä märkäkemian tekniikoita käyttämällä hopea- ja kultananohiukkasia kerrostetaan solurakenteen pinnalle mahdollistamaan pintatehostetun Raman-sirontaprosessin.
He testasivat useiden erilaisten 3D-painettujen solumateriaalirakenteiden kykyä absorboida ja adsorboida orgaanisen väriaineen, metyleenisinisen, molekyylejä ja analysoida ne sitten kannettavalla Raman-spektrometrillä.
Alkutesteissä parhaiten menestyneet materiaalit – hopeananopartikkeleihin sidotut hilamallit (jaksolliset solurakenteet) – lisättiin sitten testiliuskaan.Pieniä määriä oikeita hyönteismyrkkyjä (Siram ja paraquat) lisättiin merivesi- ja makean veden näytteisiin ja asetettiin testiliuskoille SERS-analyysiä varten.
Vesi otetaan joen suusta Aveirosta, Portugalista ja samalla alueella olevista hanaista, joita testataan säännöllisesti veden saastumisen valvomiseksi tehokkaasti.
Tutkijat havaitsivat, että nauhat pystyivät havaitsemaan kaksi torjunta-ainemolekyyliä niinkin alhaisilla pitoisuuksilla kuin 1 mikromooli, mikä vastaa yhtä torjunta-ainemolekyyliä miljoonaa vesimolekyyliä kohden.
Professori Shanmugam Kumar Glasgow'n yliopiston James Watt School of Engineeringistä on yksi artikkelin kirjoittajista.Tämä työ perustuu hänen tutkimukseensa 3D-tulostustekniikan käytöstä ainutlaatuisten ominaisuuksien omaavien nanosuunniteltujen rakenteellisten ristikoiden luomiseen.
"Tämän alustavan tutkimuksen tulokset ovat erittäin rohkaisevia ja osoittavat, että näitä edullisia materiaaleja voidaan käyttää anturien tuottamiseen SERS:lle torjunta-aineiden havaitsemiseksi jopa erittäin pieninä pitoisuuksina."
Tohtori Sara Fateixa Aveiron yliopiston CICECO Aveiro Materials Institutesta, paperin toinen kirjoittaja, on kehittänyt plasmananohiukkasia, jotka tukevat SERS-teknologiaa.Vaikka tässä artikkelissa tarkastellaan järjestelmän kykyä havaita tietyntyyppisiä vesisaasteita, tekniikkaa voidaan helposti soveltaa veden saasteiden läsnäolon valvontaan.
Postitusaika: 24.1.2024