水質センサー

スコットランド、ポルトガル、ドイツの大学の研究者チームは、水サンプル中の非常に低濃度の農薬の存在を検出するのに役立つセンサーを開発しました。
本日、ジャーナル「Polymer Materials and Engineering」に掲載された新しい論文で説明されている彼らの研究により、水の監視がより速く、より簡単に、より安価になる可能性があります。
農薬は作物の損失を防ぐために世界中の農業で広く使用されています。ただし、土壌、地下水、海水への少量の漏洩でも、人間、動物、環境の健康に害を及ぼす可能性があるため、注意が必要です。

水サンプルから農薬が検出された場合に迅速に対応できるよう、水質汚染を最小限に抑えるには定期的な環境モニタリングが不可欠です。現在、農薬検査は通常、クロマトグラフィーや質量分析などの方法を使用した実験室条件下で行われます。
これらのテストは信頼性が高く正確な結果を提供しますが、実行には時間と費用がかかる場合があります。有望な代替手段の 1 つは、表面増強ラマン散乱 (SERS) と呼ばれる化学分析ツールです。
光が分子に当たると、分子の分子構造に応じて異なる周波数で散乱します。SERS を使用すると、科学者は、分子によって散乱された光の固有の「指紋」を分析することにより、金属表面に吸着されたテストサンプル内の残留分子の量を検出および特定できます。
この効果は、金属表面を修飾して分子を吸着できるようにすることで強化でき、それによってサンプル中の低濃度の分子を検出するセンサーの能力が向上します。
研究チームは、入手可能な 3D プリント材料を使用して水サンプルに分子を吸着させ、現場で正確な初期結果を提供できる、よりポータブルな新しい試験方法の開発に着手しました。
そうするために、彼らはポリプロピレンと多層カーボンナノチューブの混合物から作られたいくつかの異なるタイプのセル構造を研究しました。建物は、一般的なタイプの 3D プリントである溶融フィラメントを使用して作成されました。
従来の湿式化学技術を使用して、銀および金のナノ粒子がセル構造の表面に堆積され、表面増強ラマン散乱プロセスが可能になります。
彼らは、3D プリントされたいくつかの異なる細胞材料構造が有機色素メチレンブルーの分子を吸収および吸着する能力をテストし、ポータブル ラマン分光計を使用して分析しました。
最初のテストで最も優れた性能を示した材料、つまり銀ナノ粒子に結合した格子デザイン (周期的セル構造) が次にテストストリップに追加されました。少量の本物の殺虫剤 (シラムとパラコート) が海水と淡水のサンプルに添加され、SERS 分析用のテストストリップ上に置かれました。
水はポルトガルのアベイロにある川の河口と同じ地域の蛇口から取られており、水質汚染を効果的に監視するために定期的に検査されています。
研究者らは、このストリップが 1 マイクロモルという低濃度の 2 つの農薬分子を検出できることを発見しました。これは、100 万個の水分子あたり 1 つの農薬分子に相当します。
グラスゴー大学ジェームズ・ワット工学部のシャンムガム・クマール教授は、この論文の著者の一人である。この研究は、3D プリンティング技術を使用して、ユニークな特性を持つナノ工学構造格子を作成するという彼の研究に基づいています。
「この予備研究の結果は非常に心強いものであり、これらの低コストの材料を使用して、たとえ非常に低濃度であっても農薬を検出するSERS用のセンサーを製造できることを示しています。」
この論文の共著者であるアベイロ大学 CICECO アベイロ材料研究所の Sara Fateixa 博士は、SERS 技術をサポートするプラズマ ナノ粒子を開発しました。この論文では、特定の種類の水汚染物質を検出するシステムの能力を検証していますが、この技術は水汚染物質の存在を監視するために簡単に適用できます。