Vandkvalitetssensor

Et team af forskere fra universiteter i Skotland, Portugal og Tyskland har udviklet en sensor, der kan hjælpe med at påvise tilstedeværelsen af ​​pesticider i meget lave koncentrationer i vandprøver.
Deres arbejde, beskrevet i et nyt papir offentliggjort i dag i tidsskriftet Polymer Materials and Engineering, kunne gøre vandovervågning hurtigere, nemmere og billigere.
Pesticider er meget udbredt i landbruget over hele verden for at forhindre tab af afgrøder.Der skal dog udvises forsigtighed, da selv små lækager til jord, grundvand eller havvand kan skade menneskers, dyrs og miljøets sundhed.

Regelmæssig miljøovervågning er afgørende for at minimere vandforurening, så der hurtigt kan sættes ind, når der påvises pesticider i vandprøver.I øjeblikket udføres pesticidtestning normalt under laboratorieforhold ved hjælp af metoder som kromatografi og massespektrometri.
Selvom disse tests giver pålidelige og nøjagtige resultater, kan de være tidskrævende og dyre at udføre.Et lovende alternativ er et kemisk analyseværktøj kaldet overfladeforstærket Raman-spredning (SERS).
Når lys rammer et molekyle, spredes det med forskellige frekvenser afhængigt af molekylets molekylære struktur.SERS giver forskere mulighed for at detektere og identificere mængden af ​​resterende molekyler i en testprøve adsorberet på en metaloverflade ved at analysere det unikke "fingeraftryk" af lys spredt af molekylerne.
Denne effekt kan forstærkes ved at modificere metaloverfladen, så den kan adsorbere molekyler, og derved forbedre sensorens evne til at detektere lave koncentrationer af molekyler i prøven.
Forskerholdet satte sig for at udvikle en ny, mere bærbar testmetode, der kunne adsorbere molekyler i vandprøver ved hjælp af tilgængelige 3D-printede materialer og give nøjagtige indledende resultater i felten.
For at gøre det undersøgte de flere forskellige typer cellestrukturer lavet af en blanding af polypropylen og flervæggede kulstofnanorør.Bygningerne blev skabt ved hjælp af smeltede filamenter, en almindelig type 3D-print.
Ved hjælp af traditionelle vådkemiteknikker aflejres sølv- og guldnanopartikler på overfladen af ​​cellestrukturen for at muliggøre en overfladeforstærket Raman-spredningsproces.
De testede evnen af ​​flere forskellige 3D-printede cellematerialestrukturer til at absorbere og adsorbere molekyler af det organiske farvestof methylenblåt og analyserede dem derefter ved hjælp af et bærbart Raman-spektrometer.
De materialer, der klarede sig bedst i de indledende tests - gitterdesign (periodiske cellulære strukturer) bundet til sølvnanopartikler - blev derefter tilføjet til teststrimlen.Små mængder ægte insekticider (Siram og paraquat) blev tilsat havvands- og ferskvandsprøver og anbragt på teststrimler til SERS-analyse.
Vandet tages fra mundingen af ​​floden i Aveiro, Portugal, og fra haner i samme område, som jævnligt testes for effektivt at overvåge vandforurening.
Forskerne fandt ud af, at strimlerne var i stand til at detektere to pesticidmolekyler i koncentrationer så lave som 1 mikromol, hvilket svarer til et pesticidmolekyle per million vandmolekyler.
Professor Shanmugam Kumar, fra James Watt School of Engineering ved University of Glasgow, er en af ​​forfatterne til papiret.Dette arbejde bygger på hans forskning i brugen af ​​3D-printteknologi til at skabe nanokonstruerede strukturelle gitter med unikke egenskaber.
"Resultaterne af denne foreløbige undersøgelse er meget opmuntrende og viser, at disse billige materialer kan bruges til at producere sensorer til SERS til at detektere pesticider, selv ved meget lave koncentrationer."
Dr. Sara Fateixa fra CICECO Aveiro Materials Institute ved University of Aveiro, en medforfatter af papiret, har udviklet plasma-nanopartikler, der understøtter SERS-teknologi.Mens dette papir undersøger systemets evne til at detektere specifikke typer vandforurenende stoffer, kan teknologien nemt anvendes til at overvåge tilstedeværelsen af ​​vandforurenende stoffer.