Sensor de qualidade da água

Uma equipe de pesquisadores de universidades da Escócia, Portugal e Alemanha desenvolveu um sensor que pode ajudar a detectar a presença de pesticidas em concentrações muito baixas em amostras de água.
O trabalho deles, descrito em um novo artigo publicado hoje no periódico Polymer Materials and Engineering, pode tornar o monitoramento da água mais rápido, fácil e barato.
Pesticidas são amplamente utilizados na agricultura em todo o mundo para evitar perdas de colheitas. No entanto, é preciso ter cautela, pois mesmo pequenos vazamentos no solo, nas águas subterrâneas ou na água do mar podem causar danos à saúde humana, animal e ambiental.

O monitoramento ambiental regular é essencial para minimizar a contaminação da água, permitindo ações imediatas quando pesticidas são detectados em amostras de água. Atualmente, os testes de pesticidas geralmente são realizados em condições laboratoriais, utilizando métodos como cromatografia e espectrometria de massas.
Embora esses testes forneçam resultados confiáveis e precisos, sua execução pode ser demorada e cara. Uma alternativa promissora é uma ferramenta de análise química chamada Espalhamento Raman de Superfície Aprimorada (SERS).
Quando a luz atinge uma molécula, ela se espalha em frequências diferentes, dependendo da estrutura molecular da molécula. A SERS permite que cientistas detectem e identifiquem a quantidade de moléculas residuais em uma amostra de teste adsorvida em uma superfície metálica, analisando a "impressão digital" única da luz espalhada pelas moléculas.
Esse efeito pode ser aprimorado modificando a superfície do metal para que ela possa adsorver moléculas, melhorando assim a capacidade do sensor de detectar baixas concentrações de moléculas na amostra.
A equipe de pesquisa decidiu desenvolver um novo método de teste mais portátil que pudesse adsorver moléculas em amostras de água usando materiais impressos em 3D disponíveis e fornecer resultados iniciais precisos em campo.
Para isso, eles estudaram diversos tipos de estruturas celulares feitas de uma mistura de polipropileno e nanotubos de carbono de paredes múltiplas. As estruturas foram criadas usando filamentos fundidos, um tipo comum de impressão 3D.
Usando técnicas tradicionais de química úmida, nanopartículas de prata e ouro são depositadas na superfície da estrutura celular para permitir um processo de espalhamento Raman de superfície aprimorada.
Eles testaram a capacidade de diversas estruturas diferentes de materiais celulares impressos em 3D de absorver e adsorver moléculas do corante orgânico azul de metileno e, então, as analisaram usando um espectrômetro Raman portátil.
Os materiais com melhor desempenho nos testes iniciais – estruturas celulares periódicas ligadas a nanopartículas de prata – foram então adicionados à tira de teste. Pequenas quantidades de inseticidas naturais (Siram e paraquate) foram adicionadas a amostras de água do mar e de água doce e colocadas nas tiras de teste para análise SERS.
A água é retirada da foz do rio em Aveiro, Portugal, e de torneiras na mesma área, que são testadas regularmente para monitorar eficazmente a poluição da água.
Os pesquisadores descobriram que as tiras foram capazes de detectar duas moléculas de pesticida em concentrações tão baixas quanto 1 micromol, o que equivale a uma molécula de pesticida por milhão de moléculas de água.
O professor Shanmugam Kumar, da Escola de Engenharia James Watt da Universidade de Glasgow, é um dos autores do artigo. Este trabalho baseia-se em sua pesquisa sobre o uso da tecnologia de impressão 3D para criar treliças estruturais nanoengenheiradas com propriedades únicas.
“Os resultados deste estudo preliminar são muito encorajadores e mostram que esses materiais de baixo custo podem ser usados para produzir sensores para SERS para detectar pesticidas, mesmo em concentrações muito baixas.”
A Dra. Sara Fateixa, do Instituto de Materiais de Aveiro (CICECO) da Universidade de Aveiro, coautora do artigo, desenvolveu nanopartículas de plasma que suportam a tecnologia SERS. Embora este artigo examine a capacidade do sistema de detectar tipos específicos de contaminantes da água, a tecnologia pode ser facilmente aplicada para monitorar a presença de contaminantes na água.