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 xuất bản hôm nay trên tạp chí Vật liệu và Kỹ thuật Polymer, có thể giúp việc giám sát nước nhanh hơn, dễ dàng hơn và rẻ hơn.
Thuốc trừ sâu được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp trên khắp thế giới để ngăn ngừa mất mùa.Tuy nhiên, cần phải 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.
Giám sát môi trường thường xuyên là điều cần thiết để giảm thiểu ô nhiễm nước để có thể thực hiện hành động kịp thời khi phát hiện thuốc trừ sâu trong mẫu nước.Hiện nay, việc thử nghiệm 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 thử nghiệm này cung cấp kết quả đáng tin cậy và chính xác nhưng chúng có thể tốn thời gian và tốn kém khi thực hiện.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.SERS cho phép các nhà khoa học phát hiện và xác định lượng phân tử còn sót lại trong mẫu thử được hấp phụ trên bề mặt kim loại bằng cách phân tích “dấu vân tay” độc nhất của ánh sáng bị phân tán bởi các phân tử.
Hiệu ứng này có thể được tăng cường bằng cách biến đổi bề mặt kim loại để nó có thể hấp thụ các phân tử, từ đó cải thiện khả năng của cảm biến trong việc phát hiện nồng độ thấp của các phân tử trong mẫu.
Nhóm nghiên cứu bắt đầu 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 như vậy, họ đã nghiên cứu một số loại cấu trúc tế bào khác nhau được tạo ra từ hỗn hợp polypropylen và ống nano carbon đa thành.Các tòa nhà được tạo ra bằng cách sử dụng sợi nóng chảy, một loại in 3D phổ biến.
Sử dụng kỹ thuật hóa ướt truyền thống, các hạt nano bạc và vàng được lắng đọng trên bề mặt cấu trúc tế bào để kích hoạt quá trình tán xạ Raman tăng cường bề mặt.
Họ đã kiểm tra khả năng của một số cấu trúc vật liệu tế bào được in 3D khác nhau để hấp thụ và hấp thụ các phân tử của thuốc nhuộm hữu cơ xanh methylene, sau đó phân tích chúng bằng máy quang phổ Raman di động.
Các vật liệu hoạt động tốt nhất trong các thử nghiệm ban đầu – thiết kế mạng tinh thể (cấu trúc tế bào định kỳ) liên kết với các hạt nano bạc – sau đó được thêm vào dải thử nghiệm.Một lượng nhỏ thuốc trừ sâu thực sự (Siram và paraquat) đã được thêm vào mẫu nước biển và nước ngọt và đặt trên que thử để phân tích SERS.
Nước được lấy từ cửa sông ở Aveiro, Bồ Đào Nha và từ các vòi trong cùng khu vực, được kiểm tra thường xuyên để giám sát ô nhiễm nước một cách hiệu quả.
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 micromol, tương đương với một phân tử thuốc trừ sâu trên một triệu phân tử nước.
Giáo sư Shanmugam Kumar, từ Trường Kỹ thuật James Watt thuộc Đại học Glasgow, là một trong những tác giả của bài báo.Công trình này dựa trên nghiên cứu của ông về việc sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra các mạng cấu trúc được chế tạo nano với các đặc tính độc đáo.
“Kết quả của nghiên cứu sơ bộ này rất đáng khích lệ và cho thấy những vật liệu giá rẻ này có thể được sử dụng để sản xuất cảm biến cho SERS nhằm phát hiện thuốc trừ sâu, ngay cả ở nồng độ rất thấp”.
Tiến sĩ Sara Fateixa từ Viện Vật liệu CICECO Aveiro tại Đại học Aveiro, đồng tác giả của bài báo, đã phát triển các hạt nano plasma hỗ trợ công nghệ SERS.Trong khi bài viết này xem xét khả năng của hệ thống trong việc phát hiện các loại chất gây ô nhiễm nước cụ thể, công nghệ này có thể dễ dàng được áp dụng để giám sát sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm nước.
Thời gian đăng: 24-01-2024