Et forskerhold fra universiteter i Skotland, Portugal og Tyskland har udviklet en sensor, der kan hjælpe med at detektere tilstedeværelsen af pesticider i meget lave koncentrationer i vandprøver.
Deres arbejde, beskrevet i en ny artikel offentliggjort i dag i tidsskriftet Polymer Materials and Engineering, kan gøre vandovervågning hurtigere, nemmere og billigere.
Pesticider anvendes i vid udstrækning i landbruget verden over for at forhindre afgrødetab. Der skal dog udvises forsigtighed, da selv små udslip i jord, grundvand eller havvand kan forårsage skade på menneskers, dyrs og miljøets sundhed.
Regelmæssig miljøovervågning er afgørende for at minimere vandforurening, så der kan gribes ind hurtigt, 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 præcise 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 ved forskellige frekvenser afhængigt af molekylets molekylære struktur. SERS giver forskere mulighed for at detektere og identificere mængden af resterende molekyler i en testprøve, der er 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, hvorved sensorens evne til at detektere lave koncentrationer af molekyler i prøven forbedres.
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 præcise indledende resultater i felten.
For at gøre dette studerede de flere forskellige typer cellestrukturer lavet af en blanding af polypropylen og flerlags kulstofnanorør. Bygningerne blev skabt ved hjælp af smeltede filamenter, en almindelig type 3D-printning.
Ved hjælp af traditionelle vådkemiteknikker aflejres sølv- og guld-nanopartikler på overfladen af cellestrukturen for at muliggøre en overfladeforstærket Raman-spredningsproces.
De testede evnen hos 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 cellestrukturer) bundet til sølvnanopartikler – blev derefter tilsat teststrimlen. Små mængder af rigtige insekticider (Siram og paraquat) blev tilsat havvands- og ferskvandsprøver og placeret på teststrimler til SERS-analyse.
Vandet tages fra flodmundingen i Aveiro, Portugal, og fra vandhaner i samme område, som regelmæssigt 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 pr. million vandmolekyler.
Professor Shanmugam Kumar fra James Watt School of Engineering ved University of Glasgow er en af forfatterne til artiklen. Dette arbejde bygger videre på hans forskning i brugen af 3D-printteknologi til at skabe nanokonstruerede strukturelle gitre med unikke egenskaber.
"Resultaterne af denne forundersøgelse 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, medforfatter til artiklen, har udviklet plasma-nanopartikler, der understøtter SERS-teknologi. Selvom denne artikel undersøger systemets evne til at detektere specifikke typer vandforurenende stoffer, kan teknologien nemt anvendes til at overvåge tilstedeværelsen af vandforurenende stoffer.
Opslagstidspunkt: 24. januar 2024