Vannkvalitetssensor

Et team av forskere fra universiteter i Skottland, Portugal og Tyskland har utviklet en sensor som kan hjelpe med å oppdage tilstedeværelsen av plantevernmidler i svært lave konsentrasjoner i vannprøver.
Arbeidet deres, beskrevet i en ny artikkel publisert i dag i tidsskriftet Polymer Materials and Engineering, kan gjøre vannovervåking raskere, enklere og billigere.
Plantevernmidler er mye brukt i landbruket over hele verden for å forhindre tap av avlinger.Det må imidlertid utvises forsiktighet, da selv små lekkasjer til jord, grunnvann eller sjøvann kan skade menneskers, dyrs og miljøets helse.

Regelmessig miljøovervåking er avgjørende for å minimere vannforurensning slik at raske tiltak kan iverksettes når plantevernmidler oppdages i vannprøver.For tiden utføres plantevernmiddeltesting vanligvis under laboratorieforhold ved bruk av metoder som kromatografi og massespektrometri.
Selv om disse testene gir pålitelige og nøyaktige resultater, kan de være tidkrevende og dyre å utføre.Et lovende alternativ er et kjemisk analyseverktøy kalt overflateforbedret Raman-spredning (SERS).
Når lys treffer et molekyl, spres det med forskjellige frekvenser avhengig av molekylstrukturen til molekylet.SERS lar forskere oppdage og identifisere mengden av gjenværende molekyler i en testprøve adsorbert på en metalloverflate ved å analysere det unike "fingeravtrykket" av lys spredt av molekylene.
Denne effekten kan forsterkes ved å modifisere metalloverflaten slik at den kan adsorbere molekyler, og dermed forbedre sensorens evne til å oppdage lave konsentrasjoner av molekyler i prøven.
Forskerteamet satte seg fore å utvikle en ny, mer bærbar testmetode som kunne adsorbere molekyler i vannprøver ved å bruke tilgjengelige 3D-trykte materialer og gi nøyaktige første resultater i feltet.
For å gjøre det studerte de flere forskjellige typer cellestrukturer laget av en blanding av polypropylen og flerveggede karbon-nanorør.Bygningene ble laget ved hjelp av smeltede filamenter, en vanlig type 3D-utskrift.
Ved å bruke tradisjonelle våtkjemiteknikker blir sølv- og gullnanopartikler avsatt på overflaten av cellestrukturen for å muliggjøre en overflateforbedret Raman-spredningsprosess.
De testet evnen til flere forskjellige 3D-trykte cellematerialstrukturer til å absorbere og adsorbere molekyler av det organiske fargestoffet metylenblått, og analyserte dem deretter ved hjelp av et bærbart Raman-spektrometer.
Materialene som fungerte best i de innledende testene – gitterdesign (periodiske cellulære strukturer) bundet til sølvnanopartikler – ble deretter lagt til teststrimmelen.Små mengder ekte insektmidler (Siram og paraquat) ble tilsatt sjøvanns- og ferskvannsprøver og plassert på teststrimler for SERS-analyse.
Vannet tas fra munningen av elven i Aveiro, Portugal, og fra kraner i samme område, som regelmessig testes for å effektivt overvåke vannforurensning.
Forskerne fant at stripene var i stand til å oppdage to plantevernmiddelmolekyler i konsentrasjoner så lave som 1 mikromol, som tilsvarer ett plantevernmiddelmolekyl per million vannmolekyler.
Professor Shanmugam Kumar, fra James Watt School of Engineering ved University of Glasgow, er en av forfatterne av artikkelen.Dette arbeidet bygger på hans forskning på bruken av 3D-utskriftsteknologi for å lage nanokonstruerte strukturelle gitter med unike egenskaper.
"Resultatene av denne foreløpige studien er veldig oppmuntrende og viser at disse rimelige materialene kan brukes til å produsere sensorer for SERS for å oppdage plantevernmidler, selv ved svært lave konsentrasjoner."
Dr. Sara Fateixa fra CICECO Aveiro Materials Institute ved Universitetet i Aveiro, en medforfatter av artikkelen, har utviklet plasmananopartikler som støtter SERS-teknologi.Mens denne artikkelen undersøker systemets evne til å oppdage spesifikke typer vannforurensninger, kan teknologien enkelt brukes til å overvåke tilstedeværelsen av vannforurensninger.