Een team van onderzoekers van universiteiten in Schotland, Portugal en Duitsland heeft een sensor ontwikkeld die de aanwezigheid van pesticiden in zeer lage concentraties in watermonsters kan helpen detecteren.
Hun werk, beschreven in een nieuw artikel dat vandaag in het tijdschrift Polymer Materials and Engineering is gepubliceerd, zou de watermonitoring sneller, gemakkelijker en goedkoper kunnen maken.
Pesticiden worden wereldwijd veel gebruikt in de landbouw om oogstverliezen te voorkomen.Voorzichtigheid is echter geboden, aangezien zelfs kleine lekkages in de bodem, het grondwater of het zeewater schade kunnen toebrengen aan de gezondheid van mens, dier en milieu.
Regelmatige milieumonitoring is essentieel om de waterverontreiniging tot een minimum te beperken, zodat er snel actie kan worden ondernomen wanneer pesticiden in watermonsters worden gedetecteerd.Momenteel worden pesticidentests meestal uitgevoerd onder laboratoriumomstandigheden met behulp van methoden zoals chromatografie en massaspectrometrie.
Hoewel deze tests betrouwbare en nauwkeurige resultaten opleveren, kunnen ze tijdrovend en duur zijn om uit te voeren.Een veelbelovend alternatief is een chemisch analysehulpmiddel genaamd Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS).
Wanneer licht een molecuul raakt, verstrooit het zich met verschillende frequenties, afhankelijk van de moleculaire structuur van het molecuul.Met SERS kunnen wetenschappers de hoeveelheid resterende moleculen in een testmonster die op een metalen oppervlak zijn geadsorbeerd, detecteren en identificeren door de unieke ‘vingerafdruk’ van licht te analyseren dat door de moleculen wordt verstrooid.
Dit effect kan worden versterkt door het metaaloppervlak zo aan te passen dat het moleculen kan adsorberen, waardoor het vermogen van de sensor om lage concentraties moleculen in het monster te detecteren wordt verbeterd.
Het onderzoeksteam wilde een nieuwe, meer draagbare testmethode ontwikkelen die moleculen in watermonsters zou kunnen adsorberen met behulp van beschikbare 3D-geprinte materialen en nauwkeurige eerste resultaten in het veld zou kunnen opleveren.
Om dit te doen, bestudeerden ze verschillende soorten celstructuren gemaakt van een mengsel van polypropyleen en meerwandige koolstofnanobuisjes.De gebouwen zijn gemaakt met behulp van gesmolten filamenten, een veel voorkomende vorm van 3D-printen.
Met behulp van traditionele natte chemietechnieken worden zilveren en gouden nanodeeltjes op het oppervlak van de celstructuur afgezet om een oppervlakte-verbeterd Raman-verstrooiingsproces mogelijk te maken.
Ze testten het vermogen van verschillende 3D-geprinte celmateriaalstructuren om moleculen van de organische kleurstof methyleenblauw te absorberen en te adsorberen, en analyseerden ze vervolgens met behulp van een draagbare Raman-spectrometer.
De materialen die het beste presteerden in de eerste tests – roosterontwerpen (periodieke cellulaire structuren) gebonden aan zilveren nanodeeltjes – werden vervolgens aan de teststrip toegevoegd.Kleine hoeveelheden echte insecticiden (Siram en paraquat) werden aan zee- en zoetwatermonsters toegevoegd en op teststrips geplaatst voor SERS-analyse.
Het water wordt gehaald uit de monding van de rivier in Aveiro, Portugal, en uit kranen in hetzelfde gebied, die regelmatig worden getest om de watervervuiling effectief te monitoren.
De onderzoekers ontdekten dat de strips twee pesticidemoleculen konden detecteren in concentraties van slechts 1 micromol, wat overeenkomt met één pesticidemolecuul per miljoen watermoleculen.
Professor Shanmugam Kumar, van de James Watt School of Engineering aan de Universiteit van Glasgow, is een van de auteurs van het artikel.Dit werk bouwt voort op zijn onderzoek naar het gebruik van 3D-printtechnologie om nano-engineered structurele roosters met unieke eigenschappen te creëren.
“De resultaten van dit vooronderzoek zijn zeer bemoedigend en laten zien dat deze goedkope materialen kunnen worden gebruikt om sensoren te produceren waarmee SERS pesticiden kan detecteren, zelfs bij zeer lage concentraties.”
Dr. Sara Fateixa van het CICECO Aveiro Materials Institute aan de Universiteit van Aveiro, een co-auteur van het artikel, heeft plasma-nanodeeltjes ontwikkeld die de SERS-technologie ondersteunen.Hoewel dit artikel het vermogen van het systeem om specifieke soorten waterverontreinigingen te detecteren onderzoekt, zou de technologie eenvoudig kunnen worden toegepast om de aanwezigheid van waterverontreinigingen te monitoren.
Posttijd: 24 januari 2024