Một nhóm các nhà nghiên cứu từ các trường đại học ở Scotland, Bồ Đào Nha và Đức đã phát triển một cảm biến có thể giúp phát hiện sự hiện diện của thuốc trừ sâu ở nồng độ rất thấp trong các mẫu nước.
Công trình của họ, được mô tả trong một bài báo mới được công bố hôm nay trên tạp chí Polymer Materials and Engineering, có thể giúp việc theo dõi nước nhanh hơn, dễ dàng hơn và rẻ hơn.
Thuốc trừ sâu được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp trên toàn thế giới để ngăn ngừa mất mùa. Tuy nhiên, cần hết sức thận trọng, vì ngay cả những rò rỉ nhỏ vào đất, nước ngầm hoặc nước biển cũng có thể gây hại cho sức khỏe con người, động vật và môi trường.
Việc quan trắc môi trường thường xuyên là rất cần thiết để giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước, từ đó có thể hành động kịp thời khi phát hiện thuốc trừ sâu trong mẫu nước. Hiện nay, việc kiểm tra thuốc trừ sâu thường được thực hiện trong điều kiện phòng thí nghiệm bằng các phương pháp như sắc ký và khối phổ.
Mặc dù các xét nghiệm này cung cấp kết quả đáng tin cậy và chính xác, nhưng việc thực hiện có thể tốn thời gian và chi phí. Một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn là công cụ phân tích hóa học được gọi là tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS).
Khi ánh sáng chiếu vào một phân tử, nó sẽ tán xạ ở các tần số khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc phân tử của phân tử đó. SERS cho phép các nhà khoa học phát hiện và xác định lượng phân tử còn sót lại trong mẫu thử nghiệm được hấp phụ trên bề mặt kim loại bằng cách phân tích "dấu vân tay" đặc trưng của ánh sáng bị phân tán bởi các phân tử.
Hiệu ứng này có thể được tăng cường bằng cách sửa đổi bề mặt kim loại để nó có thể hấp thụ các phân tử, do đó cải thiện khả năng phát hiện nồng độ phân tử thấp trong mẫu của cảm biến.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành phát triển một phương pháp thử nghiệm mới, di động hơn, có thể hấp thụ các phân tử vào mẫu nước bằng vật liệu in 3D có sẵn và cung cấp kết quả ban đầu chính xác tại hiện trường.
Để làm được điều này, họ đã nghiên cứu một số loại cấu trúc tế bào khác nhau được làm từ hỗn hợp polypropylen và ống nano carbon nhiều lớp. Các tòa nhà được tạo ra bằng cách sử dụng sợi nóng chảy, một loại in 3D phổ biến.
Sử dụng các kỹ thuật hóa học ướt truyền thống, các hạt nano bạc và vàng được lắng đọng trên bề mặt cấu trúc tế bào để cho phép quá trình tán xạ Raman tăng cường bề mặt.
Họ đã thử nghiệm khả năng hấp thụ và giữ lại các phân tử thuốc nhuộm xanh methylene hữu cơ của một số cấu trúc vật liệu tế bào in 3D khác nhau, sau đó phân tích chúng bằng máy quang phổ Raman di động.
Các vật liệu có kết quả tốt nhất trong các thử nghiệm ban đầu – thiết kế dạng lưới (cấu trúc tế bào tuần hoàn) liên kết với các hạt nano bạc – sau đó được thêm vào que thử. Một lượng nhỏ thuốc trừ sâu thực tế (Siram và paraquat) được thêm vào các mẫu nước biển và nước ngọt và đặt lên que thử để phân tích SERS.
Nước được lấy từ cửa sông ở Aveiro, Bồ Đào Nha và từ các vòi nước trong cùng khu vực, được kiểm tra thường xuyên để theo dõi hiệu quả tình trạng ô nhiễm nước.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các dải này có thể phát hiện hai phân tử thuốc trừ sâu ở nồng độ thấp tới 1 micromole, tương đương với một phân tử thuốc trừ sâu trên một triệu phân tử nước.
Giáo sư Shanmugam Kumar, đến từ Trường Kỹ thuật James Watt thuộc Đại học Glasgow, là một trong những tác giả của bài báo. Công trình này được xây dựng dựa trên nghiên cứu của ông về việc sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra các mạng lưới cấu trúc nano với các đặc tính độc đáo.
“Kết quả của nghiên cứu sơ bộ này rất khả quan và cho thấy những vật liệu giá rẻ này có thể được sử dụng để sản xuất cảm biến SERS nhằm phát hiện thuốc trừ sâu, ngay cả ở nồng độ rất thấp.”
Tiến sĩ Sara Fateixa từ Viện Vật liệu CICECO Aveiro thuộc Đại học Aveiro, đồng tác giả của bài báo, đã phát triển các hạt nano plasma hỗ trợ công nghệ SERS. Mặc dù bài báo này xem xét khả năng phát hiện các loại chất gây ô nhiễm nước cụ thể của hệ thống, công nghệ này có thể dễ dàng được áp dụng để theo dõi sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm nước.
Thời gian đăng: 24-01-2024