Каманда даследчыкаў з універсітэтаў Шатландыі, Партугаліі і Германіі распрацавала датчык, які можа дапамагчы выявіць наяўнасць пестыцыдаў у вельмі нізкіх канцэнтрацыях у пробах вады.
Іх праца, апісаная ў новым артыкуле, апублікаваным сёння ў часопісе Polymer Materials and Engineering, можа зрабіць маніторынг вады хутчэйшым, прасцейшым і таннейшым.
Пестыцыды шырока выкарыстоўваюцца ў сельскай гаспадарцы па ўсім свеце для прадухілення страт ураджаю. Аднак неабходна быць асцярожнымі, бо нават невялікія ўцечкі ў глебу, грунтавыя воды або марскую ваду могуць нанесці шкоду здароўю людзей, жывёл і навакольнага асяроддзя.
Рэгулярны маніторынг навакольнага асяроддзя мае важнае значэнне для мінімізацыі забруджвання вады, каб можна было своечасова прыняць меры пры выяўленні пестыцыдаў у пробах вады. У цяперашні час тэставанне пестыцыдаў звычайна праводзіцца ў лабараторных умовах з выкарыстаннем такіх метадаў, як храматаграфія і мас-спектрометрыя.
Нягледзячы на тое, што гэтыя тэсты даюць надзейныя і дакладныя вынікі, іх выкананне можа быць працаёмкім і дарагім. Адной з перспектыўных альтэрнатыў з'яўляецца інструмент хімічнага аналізу пад назвай павярхоўна-ўзмоцненае раманаўскае рассейванне (SERS).
Калі святло трапляе на малекулу, яно рассейваецца з рознымі частотамі ў залежнасці ад малекулярнай структуры малекулы. SERS дазваляе навукоўцам выяўляць і ідэнтыфікаваць колькасць рэшткавых малекул у тэставым узоры, адсарбаваных на паверхні металу, аналізуючы ўнікальны «адбітак» святла, рассеянага малекуламі.
Гэты эфект можна ўзмацніць, мадыфікуючы паверхню металу такім чынам, каб яна магла адсарбаваць малекулы, тым самым паляпшаючы здольнасць датчыка выяўляць нізкія канцэнтрацыі малекул ва ўзоры.
Даследчая група паставіла сабе за мэту распрацаваць новы, больш партатыўны метад выпрабаванняў, які мог бы адсарбаваць малекулы ва ўзорах вады з выкарыстаннем даступных матэрыялаў, надрукаваных на 3D-прынтары, і забяспечыць дакладныя першапачатковыя вынікі ў палявых умовах.
Для гэтага яны вывучылі некалькі розных тыпаў клетачных структур, зробленых з сумесі поліпрапілену і шматслаёвых вугляродных нанатрубак. Будынкі былі створаны з выкарыстаннем расплаўленых нітак, распаўсюджанага тыпу 3D-друку.
З дапамогай традыцыйных метадаў вільготнай хіміі наначасціцы срэбра і золата наносяцца на паверхню клетачнай структуры, каб забяспечыць працэс камбінацыйнага рассейвання з палепшанай паверхняй.
Яны праверылі здольнасць некалькіх розных структур клеткавага матэрыялу, надрукаваных на 3D-прынтары, паглынаць і адсарбаваць малекулы арганічнага фарбавальніка метыленавага сіняга, а затым прааналізавалі іх з дапамогай партатыўнага раманаўскага спектрометра.
Матэрыялы, якія найлепш паказалі сябе ў пачатковых выпрабаваннях — рашоткавыя ўзоры (перыядычныя ячэістыя структуры), звязаныя з наначасціцамі срэбра, — былі дададзены на тэставую палоску. Невялікія колькасці рэальных інсектыцыдаў (сірам і паракват) былі дададзены ў пробы марской і прэснай вады і змешчаны на тэставыя палоскі для SERS-аналізу.
Вада бярэцца з вусця ракі ў Авейру, Партугалія, і з кранаў у тым жа раёне, якія рэгулярна правяраюцца для эфектыўнага кантролю забруджвання вады.
Даследчыкі выявілі, што палоскі змаглі выявіць дзве малекулы пестыцыду ў канцэнтрацыях да 1 мікрамоля, што эквівалентна адной малекуле пестыцыду на мільён малекул вады.
Прафесар Шанмугам Кумар з Інжынернай школы імя Джэймса Уата пры Універсітэце Глазга з'яўляецца адным з аўтараў артыкула. Гэтая праца грунтуецца на яго даследаваннях па выкарыстанні тэхналогіі 3D-друку для стварэння нанаінжынерных структурных рашотак з унікальнымі ўласцівасцямі.
«Вынікі гэтага папярэдняга даследавання вельмі абнадзейлівыя і паказваюць, што гэтыя недарагія матэрыялы можна выкарыстоўваць для вытворчасці датчыкаў для SERS для выяўлення пестыцыдаў нават пры вельмі нізкіх канцэнтрацыях».
Доктар Сара Фатэйша з Інстытута матэрыялаў CICECO Авейру пры Універсітэце Авейру, суаўтар артыкула, распрацавала плазменныя наначасціцы, якія падтрымліваюць тэхналогію SERS. Хоць у гэтым артыкуле разглядаецца здольнасць сістэмы выяўляць пэўныя тыпы забруджвальнікаў вады, гэтая тэхналогія можа быць лёгка ўжыта для маніторынгу наяўнасці забруджвальнікаў вады.
Час публікацыі: 24 студзеня 2024 г.