سنسور کیفیت آب

تیمی از محققان از دانشگاه‌های اسکاتلند، پرتغال و آلمان حسگری ساخته‌اند که می‌تواند به تشخیص وجود آفت‌کش‌ها در غلظت‌های بسیار کم در نمونه‌های آب کمک کند.
کار آنها که در مقاله جدیدی که امروز در ژورنال Polymer Materials and Engineering منتشر شده شرح داده شده است، می تواند نظارت بر آب را سریع تر، آسان تر و ارزان تر کند.
آفت کش ها به طور گسترده در کشاورزی در سراسر جهان برای جلوگیری از تلفات محصول استفاده می شوند.با این حال، باید احتیاط کرد، زیرا حتی نشت های کوچک در خاک، آب های زیرزمینی یا آب دریا می تواند به سلامت انسان، حیوانات و محیط زیست آسیب برساند.

نظارت منظم محیطی برای به حداقل رساندن آلودگی آب ضروری است تا در صورت شناسایی آفت‌کش‌ها در نمونه‌های آب، اقدامات فوری انجام شود.در حال حاضر آزمایش آفت کش ها معمولا در شرایط آزمایشگاهی با استفاده از روش هایی مانند کروماتوگرافی و طیف سنجی جرمی انجام می شود.
در حالی که این آزمایش ها نتایج قابل اعتماد و دقیقی را ارائه می دهند، اما انجام آنها زمان بر و پرهزینه است.یکی از جایگزین های امیدوارکننده، یک ابزار تجزیه و تحلیل شیمیایی به نام پراکندگی رامان پیشرفته (SERS) است.
هنگامی که نور به یک مولکول برخورد می کند، بسته به ساختار مولکولی مولکول، در فرکانس های متفاوتی پراکنده می شود.SERS به دانشمندان اجازه می دهد تا با تجزیه و تحلیل "اثر انگشت" منحصر به فرد نور پراکنده شده توسط مولکول ها، مقدار مولکول های باقیمانده را در نمونه آزمایشی جذب شده روی سطح فلزی شناسایی و شناسایی کنند.
این اثر را می توان با اصلاح سطح فلز به گونه ای افزایش داد که بتواند مولکول ها را جذب کند، در نتیجه توانایی سنسور برای تشخیص غلظت های پایین مولکول ها در نمونه بهبود می یابد.
این تیم تحقیقاتی تصمیم گرفت تا یک روش آزمایشی قابل حمل‌تر را توسعه دهد که می‌تواند مولکول‌ها را با استفاده از مواد پرینت سه‌بعدی موجود در نمونه‌های آب جذب کند و نتایج اولیه دقیق را در این زمینه ارائه دهد.
برای انجام این کار، آنها چندین نوع مختلف از ساختارهای سلولی ساخته شده از مخلوطی از پلی پروپیلن و نانولوله های کربنی چند جداره را مورد مطالعه قرار دادند.این ساختمان ها با استفاده از رشته های مذاب، یک نوع رایج چاپ سه بعدی، ساخته شده اند.
با استفاده از تکنیک‌های سنتی شیمی مرطوب، نانوذرات نقره و طلا بر روی سطح ساختار سلولی رسوب می‌کنند تا فرآیند پراکندگی رامان افزایش‌یافته در سطح را ممکن کند.
آنها توانایی چندین ساختار مواد سلولی پرینت سه بعدی مختلف را برای جذب و جذب مولکول های رنگ آلی متیلن بلو آزمایش کردند و سپس آنها را با استفاده از یک طیف سنج قابل حمل رامان تجزیه و تحلیل کردند.
موادی که در آزمایش‌های اولیه بهترین عملکرد را داشتند - طرح‌های شبکه (ساختارهای سلولی دوره‌ای) متصل به نانوذرات نقره - سپس به نوار تست اضافه شدند.مقادیر کمی حشره کش واقعی (سیرام و پاراکوات) به نمونه های آب دریا و آب شیرین اضافه شد و برای تجزیه و تحلیل SERS روی نوارهای آزمایش قرار گرفت.
آب از دهانه رودخانه در آویرو پرتغال و از شیرهای آب در همان منطقه گرفته می شود که به طور منظم برای نظارت موثر بر آلودگی آب آزمایش می شوند.
محققان دریافتند که این نوارها قادر به تشخیص دو مولکول آفت کش در غلظت های کمتر از 1 میکرومول هستند که معادل یک مولکول آفت کش در هر میلیون مولکول آب است.
پروفسور شانموگام کومار، از دانشکده مهندسی جیمز وات در دانشگاه گلاسکو، یکی از نویسندگان مقاله است.این کار بر اساس تحقیقات او در مورد استفاده از فناوری چاپ سه بعدی برای ایجاد شبکه های ساختاری نانو مهندسی با ویژگی های منحصر به فرد است.
نتایج این مطالعه اولیه بسیار دلگرم‌کننده است و نشان می‌دهد که این مواد کم‌هزینه می‌توانند برای تولید حسگرهایی برای SERS برای تشخیص آفت‌کش‌ها، حتی در غلظت‌های بسیار کم، استفاده شوند.
دکتر Sara Fateixa از موسسه مواد CICECO Aveiro در دانشگاه آویرو، یکی از نویسندگان مقاله، نانوذرات پلاسما را توسعه داده است که از فناوری SERS پشتیبانی می کنند.در حالی که این مقاله توانایی سیستم را برای شناسایی انواع خاصی از آلاینده‌های آب بررسی می‌کند، این فناوری به راحتی می‌تواند برای نظارت بر وجود آلاینده‌های آب به کار رود.