წყლის ხარისხის სენსორი

შოტლანდიის, პორტუგალიისა და გერმანიის უნივერსიტეტების მკვლევართა ჯგუფმა შეიმუშავა სენსორი, რომელიც დაგეხმარებათ აღმოაჩინოს პესტიციდების არსებობა ძალიან დაბალი კონცენტრაციით წყლის ნიმუშებში.
მათმა მუშაობამ, რომელიც აღწერილია დღეს გამოქვეყნებულ ახალ ნაშრომში, ჟურნალში Polymer Materials and Engineering, შეიძლება წყლის მონიტორინგი უფრო სწრაფი, მარტივი და იაფი გახადოს.
პესტიციდები ფართოდ გამოიყენება სოფლის მეურნეობაში მთელს მსოფლიოში მოსავლის დანაკარგის თავიდან ასაცილებლად.თუმცა, სიფრთხილეა საჭირო, რადგან ნიადაგში, მიწისქვეშა ან ზღვის წყალში მცირე გაჟონვამაც შეიძლება ზიანი მიაყენოს ადამიანის, ცხოველთა და გარემოს ჯანმრთელობას.

რეგულარული გარემოსდაცვითი მონიტორინგი აუცილებელია წყლის დაბინძურების მინიმუმამდე შესამცირებლად, რათა მოხდეს სწრაფი ზომების მიღება წყლის ნიმუშებში პესტიციდების აღმოჩენისას.ამჟამად, პესტიციდების ტესტირება ჩვეულებრივ ტარდება ლაბორატორიულ პირობებში ისეთი მეთოდების გამოყენებით, როგორიცაა ქრომატოგრაფია და მასის სპექტრომეტრია.
მიუხედავად იმისა, რომ ეს ტესტები იძლევა საიმედო და ზუსტ შედეგებს, მათი შესრულება შეიძლება იყოს შრომატევადი და ძვირი.ერთ-ერთი პერსპექტიული ალტერნატივა არის ქიმიური ანალიზის ინსტრუმენტი, რომელსაც ეწოდება ზედაპირული რამანის გაფანტვა (SERS).
როდესაც სინათლე ხვდება მოლეკულას, ის იფანტება სხვადასხვა სიხშირეზე, რაც დამოკიდებულია მოლეკულის მოლეკულურ სტრუქტურაზე.SERS საშუალებას აძლევს მეცნიერებს აღმოაჩინონ და ამოიცნონ ნარჩენი მოლეკულების რაოდენობა სატესტო ნიმუშში, რომელიც შეიწოვება ლითონის ზედაპირზე, მოლეკულების მიერ მიმოფანტული სინათლის უნიკალური „თითის ანაბეჭდის“ ანალიზით.
ეს ეფექტი შეიძლება გაძლიერდეს ლითონის ზედაპირის შეცვლით, რათა მას შეეძლოს მოლეკულების ადსორბცია, რითაც აუმჯობესებს სენსორის უნარს, აღმოაჩინოს მოლეკულების დაბალი კონცენტრაცია ნიმუშში.
მკვლევარმა ჯგუფმა შეადგინა ახალი, უფრო პორტატული ტესტის მეთოდი, რომელსაც შეეძლო მოლეკულების შეწოვა წყლის ნიმუშებში ხელმისაწვდომი 3D დაბეჭდილი მასალების გამოყენებით და ზუსტი საწყისი შედეგების მიწოდებას სფეროში.
ამისათვის მათ შეისწავლეს რამდენიმე სხვადასხვა ტიპის უჯრედის სტრუქტურა, რომელიც დამზადებულია პოლიპროპილენისა და მრავალკედლიანი ნახშირბადის ნანომილების ნარევიდან.შენობები შეიქმნა გამდნარი ძაფების გამოყენებით, 3D ბეჭდვის ჩვეულებრივი ტიპი.
სველი ქიმიის ტრადიციული ტექნიკის გამოყენებით, ვერცხლის და ოქროს ნანონაწილაკები დეპონირდება უჯრედის სტრუქტურის ზედაპირზე, რათა მოხდეს ზედაპირის გაძლიერებული რამანის გაფანტვის პროცესი.
მათ გამოსცადეს რამდენიმე სხვადასხვა 3D ბეჭდვითი უჯრედული მასალის სტრუქტურის უნარი, შთანთქას და შეიწოვოს ორგანული საღებავი მეთილენის ლურჯის მოლეკულები, შემდეგ კი გააანალიზეს ისინი რამანის პორტატული სპექტრომეტრის გამოყენებით.
მასალები, რომლებიც საუკეთესოდ მუშაობდნენ საწყის ტესტებში - ვერცხლის ნანონაწილაკებთან შეკრული გისოსები (პერიოდული ფიჭური სტრუქტურები) - შემდეგ დაემატა ტესტის ზოლს.მცირე რაოდენობით რეალური ინსექტიციდები (სირამი და პარაკვატი) დაემატა ზღვის და მტკნარი წყლის ნიმუშებს და მოთავსებული იქნა ტესტის ზოლებზე SERS ანალიზისთვის.
წყალი აღებულია პორტუგალიის ავეიროში მდინარის შესართავიდან და იმავე ზონის ონკანებიდან, რომლებიც რეგულარულად შემოწმდება წყლის დაბინძურების ეფექტური მონიტორინგისთვის.
მკვლევარებმა დაადგინეს, რომ ზოლებმა შეძლეს პესტიციდის ორი მოლეკულის აღმოჩენა 1 მიკრომოლზე დაბალი კონცენტრაციით, რაც უდრის ერთი პესტიციდის მოლეკულას მილიონ წყლის მოლეკულაზე.
პროფესორი შანმუგამ კუმარი, გლაზგოს უნივერსიტეტის ჯეიმს უოტის საინჟინრო სკოლიდან, ნაშრომის ერთ-ერთი ავტორია.ეს ნამუშევარი ეფუძნება მის კვლევას 3D ბეჭდვის ტექნოლოგიის გამოყენების შესახებ, რათა შექმნას ნანოინჟინერიული სტრუქტურული გისოსები უნიკალური თვისებებით.
„ამ წინასწარი კვლევის შედეგები ძალიან დამაიმედებელია და აჩვენებს, რომ ეს იაფი მასალები შეიძლება გამოყენებულ იქნას სენსორების შესაქმნელად SERS-ისთვის პესტიციდების აღმოსაჩენად, თუნდაც ძალიან დაბალ კონცენტრაციებში“.
დოქტორმა სარა ფატეიქამ ავეიროს უნივერსიტეტის CICECO ავეიროს მასალების ინსტიტუტიდან, ნაშრომის თანაავტორმა, შეიმუშავა პლაზმის ნანონაწილაკები, რომლებიც მხარს უჭერენ SERS ტექნოლოგიას.მიუხედავად იმისა, რომ ეს ნაშრომი იკვლევს სისტემის უნარს აღმოაჩინოს წყლის დამაბინძურებლების კონკრეტული ტიპები, ტექნოლოგია ადვილად შეიძლება გამოყენებულ იქნას წყლის დამაბინძურებლების არსებობის მონიტორინგისთვის.