수질 센서

스코틀랜드, 포르투갈, 독일의 대학 연구진으로 구성된 팀은 물 샘플에서 매우 낮은 농도의 살충제 존재를 감지하는 데 도움이 되는 센서를 개발했습니다.
오늘 Polymer Materials and Engineering 저널에 게재된 새로운 논문에 설명된 그들의 연구는 수질 모니터링을 더 빠르고, 쉽고, 저렴하게 만들어 줄 수 있습니다.
살충제는 작물 손실을 방지하기 위해 전 세계 농업에서 널리 사용됩니다. 그러나 토양, 지하수 또는 해수로의 미세한 누출조차도 인간, 동물, 그리고 환경 건강에 해를 끼칠 수 있으므로 주의해야 합니다.

수질 오염을 최소화하기 위해서는 정기적인 환경 모니터링이 필수적입니다. 이를 통해 수질 시료에서 살충제가 검출될 경우 신속한 조치를 취할 수 있습니다. 현재 살충제 검사는 일반적으로 크로마토그래피나 질량 분석법과 같은 방법을 사용하여 실험실 환경에서 수행됩니다.
이러한 검사는 신뢰할 수 있고 정확한 결과를 제공하지만, 시간과 비용이 많이 소요될 수 있습니다. 유망한 대안 중 하나는 표면 증강 라만 산란(SERS)이라는 화학 분석 도구입니다.
빛이 분자에 닿으면 분자 구조에 따라 서로 다른 주파수로 산란됩니다. SERS는 분자에 의해 산란되는 빛의 고유한 "지문"을 분석하여 금속 표면에 흡착된 시료 내 잔류 분자의 양을 감지하고 식별할 수 있도록 합니다.
이 효과는 금속 표면을 변형하여 분자를 흡착할 수 있도록 하면 더욱 강화될 수 있으며, 이를 통해 센서가 샘플에서 낮은 농도의 분자를 감지하는 능력을 향상시킬 수 있습니다.
연구팀은 사용 가능한 3D 프린팅 소재를 사용하여 물 샘플에 분자를 흡착시키고 현장에서 정확한 초기 결과를 제공할 수 있는 새로운, 휴대성이 더 뛰어난 테스트 방법을 개발하기로 했습니다.
이를 위해 그들은 폴리프로필렌과 다중벽 탄소 나노튜브의 혼합물로 만들어진 여러 유형의 세포 구조를 연구했습니다. 건물은 3D 프린팅의 일반적인 유형인 용융 필라멘트를 사용하여 제작되었습니다.
전통적인 습식 화학 기술을 사용하여 은과 금 나노입자를 세포 구조 표면에 증착시켜 표면 강화 라만 산란 공정을 가능하게 합니다.
그들은 여러 가지 3D 프린팅 세포 소재 구조가 유기 염료 메틸렌 블루 분자를 흡수하고 흡착하는 능력을 테스트한 다음 휴대용 라만 분광기를 사용하여 분석했습니다.
초기 시험에서 가장 우수한 성능을 보인 물질, 즉 은 나노입자에 결합된 격자 구조(주기적인 세포 구조)를 시험지에 첨가했습니다. 소량의 실제 살충제(시람과 파라콰트)를 해수와 담수 시료에 첨가하고 SERS 분석을 위해 시험지에 부착했습니다.
물은 포르투갈 아베이루의 강어귀와 같은 지역의 수도꼭지에서 채취되며, 정기적으로 검사를 통해 수질 오염을 효과적으로 모니터링합니다.
연구자들은 이 스트립이 1마이크로몰이라는 낮은 농도에서도 살충제 분자 두 개를 감지할 수 있다는 것을 발견했습니다. 이는 물 분자 100만 개당 살충제 분자 1개에 해당합니다.
글래스고 대학교 제임스 와트 공과대학의 샨무감 쿠마르 교수는 이 논문의 저자 중 한 명입니다. 이 연구는 3D 프린팅 기술을 활용하여 독특한 특성을 가진 나노공학 구조 격자를 개발하는 그의 연구를 기반으로 합니다.
"이 예비 연구의 결과는 매우 고무적이며, 이러한 저렴한 소재를 사용하여 매우 낮은 농도에서도 살충제를 감지하는 SERS 센서를 제작할 수 있음을 보여줍니다."
이 논문의 공동 저자인 아베이루 대학교 CICECO 아베이루 재료 연구소의 사라 파테익사 박사는 SERS 기술을 지원하는 플라즈마 나노입자를 개발했습니다. 본 논문에서는 특정 유형의 수질 오염물질을 감지하는 시스템의 능력을 살펴보지만, 이 기술은 수질 오염물질의 존재 여부를 모니터링하는 데에도 쉽게 적용될 수 있습니다.