수질 센서

스코틀랜드, 포르투갈, 독일 대학 연구팀이 물 샘플에서 매우 낮은 농도의 살충제 존재를 감지하는 데 도움이 되는 센서를 개발했습니다.
오늘 Polymer Materials and Engineering 저널에 발표된 새로운 논문에 설명된 그들의 연구는 수질 모니터링을 더 빠르고, 더 쉽고, 더 저렴하게 만들 수 있습니다.
농약은 작물 손실을 방지하기 위해 전 세계 농업에서 널리 사용됩니다.그러나 토양, 지하수 또는 바닷물로의 작은 누출이라도 인간, 동물 및 환경 건강에 해를 끼칠 수 있으므로 주의가 필요합니다.

정기적인 환경 모니터링은 수질 오염을 최소화하여 수질 샘플에서 살충제가 검출될 때 즉각적인 조치를 취할 수 있도록 하는 데 필수적입니다.현재 농약 테스트는 일반적으로 크로마토그래피 및 질량 분석법과 같은 방법을 사용하여 실험실 조건에서 수행됩니다.
이러한 테스트는 신뢰할 수 있고 정확한 결과를 제공하지만 수행하는 데 시간과 비용이 많이 들 수 있습니다.유망한 대안 중 하나는 표면 강화 라만 산란(SERS)이라는 화학 분석 도구입니다.
빛이 분자에 닿으면 분자의 분자 구조에 따라 서로 다른 주파수로 산란됩니다.SERS를 사용하면 과학자들은 분자에 의해 산란된 빛의 고유한 "지문"을 분석하여 금속 표면에 흡착된 테스트 샘플의 잔류 분자 양을 감지하고 식별할 수 있습니다.
이 효과는 금속 표면을 수정하여 분자를 흡착할 수 있도록 하여 샘플 내 낮은 농도의 분자를 감지하는 센서의 능력을 향상시킴으로써 향상될 수 있습니다.
연구팀은 사용 가능한 3D 프린팅 재료를 사용하여 물 샘플에 분자를 흡착하고 현장에서 정확한 초기 결과를 제공할 수 있는 새롭고 보다 휴대성이 뛰어난 테스트 방법을 개발하기 시작했습니다.
이를 위해 그들은 폴리프로필렌과 다중벽 탄소 나노튜브의 혼합물로 만들어진 여러 가지 유형의 세포 구조를 연구했습니다.건물은 일반적인 3D 프린팅 유형인 용융 필라멘트를 사용하여 만들어졌습니다.
전통적인 습식 화학 기술을 사용하여 은 및 금 나노입자가 셀 구조 표면에 증착되어 표면 강화 라만 산란 프로세스가 가능해집니다.
그들은 유기 염료 메틸렌 블루의 분자를 흡수 및 흡착하는 여러 가지 3D 프린팅 셀 재료 구조의 능력을 테스트한 다음 휴대용 라만 분광계를 사용하여 분석했습니다.
초기 테스트에서 가장 잘 수행된 재료(은 나노입자에 결합된 격자 디자인(주기적인 세포 구조))가 테스트 스트립에 추가되었습니다.소량의 실제 살충제(Siram 및 Paraquat)를 해수 및 담수 샘플에 첨가하고 SERS 분석을 위해 테스트 스트립에 배치했습니다.
물은 포르투갈 아베이루(Aveiro)의 강 하구와 같은 지역의 수도꼭지에서 가져오며, 수질 오염을 효과적으로 모니터링하기 위해 정기적으로 테스트됩니다.
연구원들은 스트립이 1 마이크로몰만큼 낮은 농도에서도 두 개의 살충제 분자를 감지할 수 있다는 것을 발견했습니다. 이는 백만 개의 물 분자당 하나의 살충제 분자에 해당합니다.
글래스고 대학교 제임스 와트 공과대학의 Shanmugam Kumar 교수는 논문의 저자 중 한 명입니다.이 작업은 3D 프린팅 기술을 사용하여 독특한 특성을 지닌 나노공학 구조 격자를 만드는 방법에 대한 그의 연구를 기반으로 합니다.
"이 예비 연구의 결과는 매우 고무적이며 이러한 저비용 재료를 사용하여 매우 낮은 농도에서도 살충제를 감지하는 SERS용 센서를 생산할 수 있음을 보여줍니다."
논문의 공동 저자이자 Aveiro 대학교 CICECO Aveiro 재료 연구소의 Sara Fateixa 박사는 SERS 기술을 지원하는 플라즈마 나노입자를 개발했습니다.본 논문에서는 특정 유형의 수질 오염물질을 감지하는 시스템의 능력을 조사하고 있지만, 이 기술은 수질 오염물질의 존재 여부를 모니터링하는 데에도 쉽게 적용될 수 있습니다.