Sensore della qualità dell'acqua

Un team di ricercatori provenienti da università scozzesi, portoghesi e tedesche ha sviluppato un sensore che può aiutare a rilevare la presenza di pesticidi in concentrazioni molto basse nei campioni di acqua.
Il loro lavoro, descritto in un nuovo articolo pubblicato oggi sulla rivista Polymer Materials and Engineering, potrebbe rendere il monitoraggio dell’acqua più veloce, più semplice ed economico.
I pesticidi sono ampiamente utilizzati nell’agricoltura di tutto il mondo per prevenire le perdite dei raccolti.Tuttavia è necessario prestare attenzione, poiché anche piccole perdite nel suolo, nelle acque sotterranee o nell’acqua di mare possono causare danni alla salute umana, animale e ambientale.

Un monitoraggio ambientale regolare è essenziale per ridurre al minimo la contaminazione dell’acqua in modo da poter intervenire tempestivamente quando vengono rilevati pesticidi nei campioni di acqua.Attualmente, i test sui pesticidi vengono solitamente eseguiti in condizioni di laboratorio utilizzando metodi quali la cromatografia e la spettrometria di massa.
Sebbene questi test forniscano risultati affidabili e accurati, la loro esecuzione può richiedere molto tempo e denaro.Un'alternativa promettente è uno strumento di analisi chimica chiamato Surface-enhanced Raman Scattering (SERS).
Quando la luce colpisce una molecola, si disperde a frequenze diverse a seconda della struttura molecolare della molecola.Il SERS consente agli scienziati di rilevare e identificare la quantità di molecole residue in un campione di prova adsorbite su una superficie metallica analizzando l'unica "impronta digitale" della luce diffusa dalle molecole.
Questo effetto può essere potenziato modificando la superficie metallica in modo che possa assorbire le molecole, migliorando così la capacità del sensore di rilevare basse concentrazioni di molecole nel campione.
Il team di ricerca ha deciso di sviluppare un nuovo metodo di test più portatile in grado di assorbire molecole nei campioni di acqua utilizzando materiali stampati in 3D disponibili e fornire risultati iniziali accurati sul campo.
Per fare ciò, hanno studiato diversi tipi di strutture cellulari costituite da una miscela di polipropilene e nanotubi di carbonio a pareti multiple.Gli edifici sono stati creati utilizzando filamenti fusi, un tipo comune di stampa 3D.
Utilizzando le tradizionali tecniche di chimica umida, le nanoparticelle di argento e oro vengono depositate sulla superficie della struttura cellulare per consentire un processo di diffusione Raman potenziato dalla superficie.
Hanno testato la capacità di diverse strutture di materiali cellulari stampati in 3D di assorbire e adsorbire molecole del colorante organico blu di metilene, quindi le hanno analizzate utilizzando uno spettrometro Raman portatile.
I materiali che hanno ottenuto i migliori risultati nei test iniziali – strutture reticolari (strutture cellulari periodiche) legate a nanoparticelle d’argento – sono stati poi aggiunti alla striscia reattiva.Piccole quantità di insetticidi reali (Siram e paraquat) sono state aggiunte a campioni di acqua di mare e di acqua dolce e posizionate su strisce reattive per l'analisi SERS.
L'acqua viene prelevata dalla foce del fiume ad Aveiro, in Portogallo, e dai rubinetti della stessa zona, che vengono regolarmente testati per monitorare efficacemente l'inquinamento dell'acqua.
I ricercatori hanno scoperto che le strisce erano in grado di rilevare due molecole di pesticidi in concentrazioni fino a 1 micromole, che equivale a una molecola di pesticida per milione di molecole d'acqua.
Il professor Shanmugam Kumar, della James Watt School of Engineering dell'Università di Glasgow, è uno degli autori dell'articolo.Questo lavoro si basa sulla sua ricerca sull’uso della tecnologia di stampa 3D per creare reticoli strutturali nanoingegnerizzati con proprietà uniche.
“I risultati di questo studio preliminare sono molto incoraggianti e mostrano che questi materiali a basso costo possono essere utilizzati per produrre sensori SERS per rilevare i pesticidi, anche a concentrazioni molto basse”.
La dott.ssa Sara Fateixa del CICECO Aveiro Materials Institute dell'Università di Aveiro, coautrice dell'articolo, ha sviluppato nanoparticelle di plasma che supportano la tecnologia SERS.Sebbene questo documento esamini la capacità del sistema di rilevare tipi specifici di contaminanti dell'acqua, la tecnologia potrebbe essere facilmente applicata per monitorare la presenza di contaminanti dell'acqua.