Vatnsgæðaskynjari

Rannsakendahópur frá háskólum í Skotlandi, Portúgal og Þýskalandi hefur þróað skynjara sem getur hjálpað til við að greina tilvist skordýraeiturs í mjög lágum styrk í vatnssýnum.
Vinna þeirra, sem lýst er í nýrri grein sem birtist í dag í tímaritinu Polymer Materials and Engineering, gæti gert vatnseftirlit hraðari, auðveldari og ódýrari.
Skordýraeitur er mikið notað í landbúnaði um allan heim til að koma í veg fyrir uppskerutjón. Hins vegar verður að gæta varúðar, þar sem jafnvel lítil leki í jarðveg, grunnvatn eða sjó getur valdið skaða á heilsu manna, dýra og umhverfisins.

Regluleg umhverfisvöktun er nauðsynleg til að lágmarka vatnsmengun svo hægt sé að bregðast skjótt við þegar skordýraeitur greinist í vatnssýnum. Eins og er eru prófanir á skordýraeitri venjulega gerðar við rannsóknarstofuaðstæður með aðferðum eins og litskiljun og massagreiningu.
Þó að þessar prófanir gefi áreiðanlegar og nákvæmar niðurstöður geta þær verið tímafrekar og dýrar í framkvæmd. Einn efnilegur valkostur er efnagreiningartæki sem kallast yfirborðsbætt Raman-dreifing (SERS).
Þegar ljós lendir á sameind dreifist það á mismunandi tíðni eftir sameindabyggingu sameindarinnar. SERS gerir vísindamönnum kleift að greina og bera kennsl á magn leifarsameinda í prófunarsýni sem hafa aðsogast á málmyfirborð með því að greina einstakt „fingrafar“ ljóss sem sameindirnar dreifa.
Þessi áhrif má auka með því að breyta málmyfirborðinu þannig að það geti aðsogað sameindir og þar með bætt getu skynjarans til að greina lágan styrk sameinda í sýninu.
Rannsóknarteymið setti sér það markmið að þróa nýja, flytjanlegri prófunaraðferð sem gæti aðsogað sameindir í vatnssýni með því að nota tiltækt þrívíddarprentað efni og gefið nákvæmar upphafsniðurstöður á þessu sviði.
Til að gera þetta rannsökuðu þeir nokkrar mismunandi gerðir af frumubyggingum sem gerðar voru úr blöndu af pólýprópýleni og margveggja kolefnisnanórörum. Byggingarnar voru búnar til með því að nota bráðin þræði, sem er algeng tegund þrívíddarprentunar.
Með hefðbundnum blautefnafræðilegum aðferðum eru silfur- og gullnanóagnir settar á yfirborð frumubyggingarinnar til að gera kleift að auka yfirborðsstyrkingu Raman-dreifingarferlis.
Þeir prófuðu getu nokkurra mismunandi þrívíddarprentaðra frumubygginga til að taka upp og aðsoga sameindir af lífræna litarefninu metýlenbláu og greindu þær síðan með flytjanlegum Raman litrófsmæli.
Efnin sem stóðu sig best í upphafsprófunum – grindarhönnun (lotubundnar frumubyggingar) bundnar silfurnanóögnum – voru síðan bætt við prófunarröndina. Lítið magn af raunverulegum skordýraeitri (Siram og paraquat) var bætt við sjávar- og ferskvatnssýni og sett á prófunarröndur til SERS greiningar.
Vatnið er tekið úr ósum árinnar í Aveiro í Portúgal og úr krönum á sama svæði, sem eru reglulega prófaðir til að fylgjast vel með vatnsmengun.
Rannsakendurnir komust að því að ræmurnar gátu greint tvær skordýraeitursameindir í styrk allt niður í 1 míkrómól, sem jafngildir einni skordýraeitursameind á hverja milljón vatnssameindir.
Prófessor Shanmugam Kumar, frá James Watt verkfræðideild Háskólans í Glasgow, er einn af höfundum greinarinnar. Þessi vinna byggir á rannsóknum hans á notkun þrívíddarprentunartækni til að búa til nanóhönnuð byggingargrindur með einstökum eiginleikum.
„Niðurstöður þessarar forrannsóknar eru mjög hvetjandi og sýna að þessi ódýru efni geta verið notuð til að framleiða skynjara fyrir SERS til að greina skordýraeitur, jafnvel við mjög lágan styrk.“
Dr. Sara Fateixa frá CICECO efnisfræðistofnun Aveiro við Háskólann í Aveiro, meðhöfundur greinarinnar, hefur þróað plasma-nanóagnir sem styðja SERS tækni. Þó að þessi grein skoði getu kerfisins til að greina ákveðnar tegundir vatnsmengunarefna, gæti tæknin auðveldlega verið notuð til að fylgjast með tilvist vatnsmengunarefna.