Ett team av forskare från universitet i Skottland, Portugal och Tyskland har utvecklat en sensor som kan hjälpa till att upptäcka förekomsten av bekämpningsmedel i mycket låga koncentrationer i vattenprover.
Deras arbete, som beskrivs i en ny artikel som publiceras idag i tidskriften Polymer Materials and Engineering, kan göra vattenövervakning snabbare, enklare och billigare.
Bekämpningsmedel används i stor utsträckning inom jordbruket runt om i världen för att förhindra förluster av skördar.Försiktighet måste dock iakttas, eftersom även små läckor till mark, grundvatten eller havsvatten kan skada människors, djurs och miljöns hälsa.
Regelbunden miljöövervakning är väsentlig för att minimera vattenförorening så att snabba åtgärder kan vidtas när bekämpningsmedel upptäcks i vattenprover.För närvarande görs bekämpningsmedelstestning vanligtvis under laboratorieförhållanden med hjälp av metoder som kromatografi och masspektrometri.
Även om dessa tester ger tillförlitliga och korrekta resultat, kan de vara tidskrävande och dyra att utföra.Ett lovande alternativ är ett kemiskt analysverktyg som kallas ytförstärkt Raman-spridning (SERS).
När ljus träffar en molekyl sprids det med olika frekvenser beroende på molekylens molekylstruktur.SERS tillåter forskare att upptäcka och identifiera mängden kvarvarande molekyler i ett testprov adsorberat på en metallyta genom att analysera det unika "fingeravtrycket" av ljus som sprids av molekylerna.
Denna effekt kan förstärkas genom att modifiera metallytan så att den kan adsorbera molekyler, och därigenom förbättra sensorns förmåga att detektera låga koncentrationer av molekyler i provet.
Forskargruppen satte sig för att utveckla en ny, mer bärbar testmetod som skulle kunna adsorbera molekyler i vattenprover med hjälp av tillgängliga 3D-tryckta material och ge korrekta initiala resultat i fält.
För att göra det studerade de flera olika typer av cellstrukturer gjorda av en blandning av polypropen och flerväggiga kolnanorör.Byggnaderna skapades med hjälp av smälta filament, en vanlig typ av 3D-utskrift.
Med hjälp av traditionella våtkemiska tekniker avsätts silver- och guldnanopartiklar på ytan av cellstrukturen för att möjliggöra en ytförstärkt Raman-spridningsprocess.
De testade förmågan hos flera olika 3D-tryckta cellmaterialstrukturer att absorbera och adsorbera molekyler av det organiska färgämnet metylenblått och analyserade dem sedan med en bärbar Raman-spektrometer.
De material som presterade bäst i de inledande testerna – gitterkonstruktioner (periodiska cellstrukturer) bundna till silvernanopartiklar – lades sedan till testremsan.Små mängder verkliga insekticider (Siram och paraquat) sattes till havsvatten- och sötvattenprover och placerades på testremsor för SERS-analys.
Vattnet tas från flodens mynning i Aveiro, Portugal, och från kranar i samma område, som regelbundet testas för att effektivt övervaka vattenföroreningar.
Forskarna fann att remsorna kunde detektera två bekämpningsmedelsmolekyler i koncentrationer så låga som 1 mikromol, vilket motsvarar en bekämpningsmedelsmolekyl per miljon vattenmolekyler.
Professor Shanmugam Kumar, från James Watt School of Engineering vid University of Glasgow, är en av författarna till artikeln.Detta arbete bygger på hans forskning om användningen av 3D-utskriftsteknik för att skapa nanokonstruerade strukturella gitter med unika egenskaper.
"Resultaten av denna preliminära studie är mycket uppmuntrande och visar att dessa lågkostnadsmaterial kan användas för att producera sensorer för SERS för att upptäcka bekämpningsmedel, även vid mycket låga koncentrationer."
Dr. Sara Fateixa från CICECO Aveiro Materials Institute vid University of Aveiro, en medförfattare till uppsatsen, har utvecklat plasmananopartiklar som stöder SERS-teknologi.Även om detta dokument undersöker systemets förmåga att upptäcka specifika typer av vattenföroreningar, kan tekniken lätt användas för att övervaka förekomsten av vattenföroreningar.
Posttid: 2024-jan-24