חיישן איכות מים

צוות חוקרים מאוניברסיטאות בסקוטלנד, פורטוגל וגרמניה פיתח חיישן שיכול לסייע בזיהוי נוכחות של חומרי הדברה בריכוזים נמוכים מאוד בדגימות מים.
עבודתם, המתוארת במאמר חדש שפורסם היום בכתב העת Polymer Materials and Engineering, עשויה להפוך את ניטור המים למהיר, קל וזול יותר.
חומרי הדברה נמצאים בשימוש נרחב בחקלאות ברחבי העולם כדי למנוע אובדן יבול.עם זאת, יש לנקוט משנה זהירות, שכן אפילו דליפות קטנות לקרקע, מי תהום או מי ים עלולות לגרום לפגיעה בבריאות האדם, החי והסביבה.

ניטור סביבתי קבוע חיוני כדי למזער את זיהום המים, כך שניתן יהיה לנקוט פעולה מהירה כאשר מתגלים חומרי הדברה בדגימות מים.כיום, בדיקות חומרי הדברה נעשות בדרך כלל בתנאי מעבדה בשיטות כמו כרומטוגרפיה וספקטרומטריית מסה.
אמנם בדיקות אלו מספקות תוצאות אמינות ומדויקות, אך הן עשויות להיות גוזלות זמן ויקרות לביצוע.חלופה מבטיחה אחת היא כלי ניתוח כימי הנקרא פיזור ראמאן משופר על פני השטח (SERS).
כאשר האור פוגע במולקולה, הוא מתפזר בתדרים שונים בהתאם למבנה המולקולרי של המולקולה.SERS מאפשר למדענים לזהות ולזהות את כמות המולקולות הנותרות בדגימת בדיקה הנספגת על משטח מתכת על ידי ניתוח "טביעת האצבע" הייחודית של האור המפוזרת על ידי המולקולות.
ניתן לשפר את האפקט הזה על ידי שינוי פני המתכת כך שיוכל לספוג מולקולות, ובכך לשפר את יכולת החיישן לזהות ריכוזים נמוכים של מולקולות בדגימה.
צוות המחקר יצא לפתח שיטת בדיקה חדשה, ניידת יותר, שתוכל לספוג מולקולות לתוך דגימות מים באמצעות חומרים זמינים מודפסים בתלת מימד ולספק תוצאות ראשוניות מדויקות בשטח.
לשם כך, הם חקרו כמה סוגים שונים של מבני תאים העשויים מתערובת של פוליפרופילן וננו-צינורות פחמן מרובי קירות.הבניינים נוצרו באמצעות חוטים מותכים, סוג נפוץ של הדפסת תלת מימד.
באמצעות טכניקות כימיה רטובה מסורתיות, ננו-חלקיקי כסף וזהב מופקדים על פני השטח של מבנה התא כדי לאפשר תהליך פיזור ראמאן משופר על פני השטח.
הם בדקו את היכולת של כמה מבנים שונים של חומרי תא מודפסים בתלת-ממד לספוג ולספוג מולקולות של הצבע האורגני מתילן כחול, ולאחר מכן ניתחו אותן באמצעות ספקטרומטר ראמאן נייד.
לאחר מכן נוספו לרצועת הבדיקה החומרים שהצליחו בצורה הטובה ביותר בבדיקות הראשוניות - עיצובי סריג (מבנים תאיים תקופתיים) הקשורים לננו-חלקיקי כסף.כמויות קטנות של קוטלי חרקים אמיתיים (Siram ו-paraquat) נוספו לדגימות מי ים ומים מתוקים והונחו על רצועות בדיקה לצורך ניתוח SERS.
המים נלקחים משפך הנהר באוויירו, פורטוגל, ומברזים באותו אזור, הנבדקים באופן קבוע לניטור יעיל של זיהום המים.
החוקרים גילו שהרצועות הצליחו לזהות שתי מולקולות חומרי הדברה בריכוזים נמוכים של 1 מיקרומול, מה ששווה ערך למולקולת חומר הדברה אחת למיליון מולקולות מים.
פרופסור שנמוגם קומאר, מבית הספר להנדסה ג'יימס וואט באוניברסיטת גלזגו, הוא אחד ממחברי המאמר.עבודה זו מתבססת על המחקר שלו על השימוש בטכנולוגיית הדפסה תלת מימדית ליצירת סריג מבניים מהונדסים בננו עם תכונות ייחודיות.
"התוצאות של מחקר ראשוני זה מעודדות מאוד ומראות שניתן להשתמש בחומרים זולים אלה לייצור חיישנים עבור SERS לזיהוי חומרי הדברה, אפילו בריכוזים נמוכים מאוד."
ד"ר שרה פטישה ממכון החומרים CICECO Aveiro באוניברסיטת Aveiro, מחברת שותפה של המאמר, פיתחה ננו-חלקיקי פלזמה התומכים בטכנולוגיית SERS.בעוד מאמר זה בוחן את יכולתה של המערכת לזהות סוגים ספציפיים של מזהמי מים, ניתן ליישם את הטכנולוגיה בקלות כדי לנטר את נוכחותם של מזהמי מים.