Opracowany w Chinach czujnik ma pomóc chronić wody przed zanieczyszczeniem nadchloranami pochodzącymi z fajerwerków i przemysłu – informuje pismo „Energy & Environment Nexus”.
Nadchlorany to sole lub estry kwasu nadchlorowego (HClO4). Są silnymi utleniaczami używanymi w pirotechnice, przemyśle (wybielacze, katalizatory, dodatki do lakierów) czy analityce chemicznej (czynniki suszące).
Chociaż nadchlorany mogą występować naturalnie, ich największym źródłem jest działalność przemysłowa, w tym produkcja fajerwerków, materiałów wybuchowych i paliw rakietowych. Ponieważ są rozpuszczalne w wodzie, mogą zanieczyszczać glebę i wody, co budzi obawy zdrowotne, szczególnie ze względu na wpływ na tarczycę i rozwój neurologiczny dzieci (mogą obniżać IQ).
Na przykład w chińskim dorzeczu rzeki Xiang Jiang intensywna produkcja fajerwerków doprowadziła w ostatnich latach do gwałtownego wzrostu stężenia nadchloranów w ściekach, niekiedy przekraczającego 1000 miligramów na litr.
Obecne metody wykrywania nadchloranów, takie jak chromatografia jonowa i spektrometria masowa, są często kosztowne i wymagają skomplikowanego przygotowania próbek w warunkach laboratoryjnych. Istnieje coraz większe zapotrzebowanie na przenośne, proste narzędzia do badania zanieczyszczonej wody w czasie rzeczywistym, co ułatwiłoby szybką reakcję na przypadki skażenia i pomogłoby przemysłowi w przestrzeganiu nowych przepisów.
Zespół naukowców z Nanjing University oraz Nanjing Normal University (Chiny) zaprojektował nowy, niedrogi czujnik do wykrywania nadchloranów w wodzie, torując drogę do lepszego monitorowania środowiska. Czujnik, inspirowany cząsteczkami porfiryny i kosztujący mniej niż dwa dolary amerykańskie, oferuje szybkie i bardzo dokładne wykrywanie nadchloranów.
Głównym elementem czujnika jest elektroda jonoselektywna (ISE) z kontaktem cieczowym, wykorzystującą membranę z polichlorku winylu (PCW), wzmocnioną specjalnie zaprojektowanym jonoforem na bazie porfiryny. Sercem membrany jest pochodna zwana chlorkiem mezo-tetrafenyloporfiny żelaza (III), czyli FeIIITPPCl, wybrana ze względu na jej doskonałą zdolność do rozpoznawania i wiązania jonów nadchloranowych, przy jednoczesnym ignorowaniu typowych substancji zakłócających.
„Elektrody jonoselektywne (ISE) znane są ze swojej prostoty i możliwości zastosowania w terenie, jednak ich selektywność często ustępuje skomplikowanym instrumentom laboratoryjnym” – wyjaśnił dr Wentao Li, główny badacz. Jak poinformował, dzięki zastosowaniu tego specjalnie zaprojektowanego nośnika na bazie porfiryny, czujnik może wykrywać jony nadchloranowe na bardzo niskim poziomie i nie daje się zmylić przez podobne aniony, takie jak siarczany czy azotany.
Czujnik reaguje szybko (pięć sekund) i jest odporny na szeroki zakres warunków środowiskowych, w tym szeroki zakres pH (od kwaśnego do lekko zasadowego). Testy przeprowadzone w rzeczywistych ściekach z produkcji fajerwerków oraz w naturalnych wodach powierzchniowych wykazały, że urządzenie wykrywa nadchlorany często dorównując pod względem dokładności znacznie droższej aparaturze.
Poza innowacyjnością naukową, niski koszt i łatwość obsługi czujnika sprawiają, że idealnie nadaje się on do szerokiego zastosowania. Zespół szacuje, że koszt jednostkowy wynosi poniżej dwóch dolarów, co umożliwia rutynowe testy na miejscu z użyciem czujników jednorazowego użytku.
źródło: PAP / fot: wygenerowane przez sztuczną inteligencję