یک سنسور جدید برای شناسایی مواد شیمیایی خطرناک در آب
آتی جو: سنسور جدیدی که در دانشگاه «ام آی تی» ابداع شده است، می تواند یک راه ارزان و سریع برای آزمایش کردن مواد شیمیایی موجود در آب باشد.
به گزارش آتی جو به نقل از ایسنا، شیمی دانان دانشگاه «ام آی تی»(MIT) یک سنسور طراحی نموده اند که مقادیر کمی از مواد موسوم به «پرفلوئوروآلکیل و پلی فلوئوروآلکیل»(PFAS) را تشخیص می دهد. این مواد شیمیایی در بسته بندی مواد غذایی، ظروف نچسب و بسیاری دیگر از محصولات مصرفی وجود دارند و برای سلامتی مضر هستند.
به نقل از ام آی تی نیوز، این ترکیبات که «مواد شیمیایی برای همیشه» نیز نام دارند، بطور طبیعی تجزیه نمی شوند. آنها با انواع اثرات مضر بر سلامتی، همچون سرطان، مشکلات تولید مثل و اختلال در سیستم ایمنی و غدد درون ریز مرتبط هستند.
پژوهشگران در این پروژه نشان دادند که با بهره گیری از سنسور جدید خود می توانند سطوح PFAS را در نمونه های آب تا ۲۰۰ قسمت در تریلیون تشخیص دهند. این سنسور می تواند راهی را برای آزمایش کردن آب شرب عرضه نماید و در صنایعی که به شدت به مواد شیمیایی PFAS متکی هستند، همچون ساخت نیمه رساناها و تجهیزات آتش نشانی سودمند باشد.
«تیموتی سواگر»(Timothy Swager) استاد شیمی دانشگاه ام آی تی و پژوهشگر ارشد این پروژه اظهار داشت: نیاز واقعی به این فناوری های سنجش وجود دارد. ما برای مدت طولانی با این مواد شیمیایی سر و کار داریم. بنابراین، باید بتوانیم آنها را شناسایی نماییم و از شر آنها خلاص شویم.
شناسایی PFAS
پوشش های حاوی مواد شیمیایی PFAS در هزاران محصول مصرفی استفاده می شوند. علاوه بر پوشش های نچسب برای ظروف آشپزی، این مواد شیمیایی بطور معمول در لباس های ضد آب، پارچه های ضد لک، جعبه های مقاوم در مقابل چربی، لوازم آرایشی و فوم های آتش نشانی نیز مورد استفاده قرار می گیرند.
مواد شیمیایی PFAS که از دهه ۱۹۵۰ به شکل گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند، می توانند از کارخانه ها، تصفیه خانه های فاضلاب و محل های دفن زباله منتشر شوند و به آب، هوا و خاک راه یابند. آنها در منابع آب شرب هر ۵۰ ایالت آمریکا یافت شده اند.
«آژانس صیانت از محیط زیست آمریکا»(EPA) در سال ۲۰۲۳، یک محدودیت بهداشتی را برای دو مورد از خطرناک ترین مواد شیمیایی PFAS موسوم به «پرفلوئورواکتانوئیک اسید»(PFOA) و «پرفلوئورواکتان سولفونیک اسید»(PFOS) ایجاد کرد. آژانس صیانت از محیط زیست آمریکا در این سفارش ها، خواهان محدودیت ۰.۰۰۴ قسمت در تریلیون برای PFOA و ۰.۰۲ قسمت در تریلیون برای PFOS در آب شرب شده است.
هم اکنون، تنها راهی که مصرف کننده به کمک آن می تواند تشخیص دهد که آیا آب شرب حاوی PFAS است یا خیر، فرستادن نمونه آب به لابراتوار است تا آزمایش های طیف سنجی جرمی روی آن انجام بگیرند. این پروسه چندین هفته طول می کشد و صدها دلار هزینه دارد.
پژوهشگران ام آی تی بمنظور ایجاد یک روش ارزان تر و سریع تر برای آزمایش PFAS، یک سنسور را مبتنی بر تکنولوژی جریان جانبی طراحی کردند. این همان روشی است که برای آزمایش های سریع کووید-۱۹ و آزمایش های حاملگی استفاده می شود. سنسور جدید بجای نوار آزمایش پوشیده شده با آنتی بادی ها، با پلیمر خاصی به نام پلی آنیلین تعبیه شده است که می تواند با اضافه شدن پروتون به ماده، بین حالت های نیمه رسانا و رسانا جابه جا شود.
پژوهشگران این پلیمرها را روی نواری از کاغذ نیتروسلولز قرار دادند و روی آنها را با یک ماده فعال سطحی یا «سورفکتانت»(surfactant) پوشاندند که می تواند فلوئوروکربن هایی مانند PFAS را از آب قرار داده شده روی نوار آزمایش بیرون بکشد. هنگامی که این اتفاق رخ می دهد، پروتون های PFAS به سمت پلی آنیلین کشیده می شوند و آنرا به یک رسانا تبدیل می کنند تا مقاومت الکتریکی ماده را کاهش دهند. این تغییر در مقاومت که می توان آنرا دقیقا با بهره گیری از الکترودها اندازه گیری نمود و به یک دستگاه مانند تلفن هوشمند فرستاد، میزان PFAS را نشان میدهد.
این روش فقط با PFAS که خاصیت اسیدی دارد و شامل دو مورد از مضرترین انواع PFAS یعنی PFOA و PFBA است، کار می کند.
یک سیستم کاربرپسند
نسخه فعلی سنسور می تواند غلظت های کمتر از ۲۰۰ قسمت در تریلیون را برای PFBA و ۴۰۰ قسمت در تریلیون را برای PFOA تشخیص دهد. این مقدار برای مطابقت با دستورالعمل های فعلی آژانس صیانت از محیط زیست آمریکا به اندازه کافی کم نیست اما توجه داشته باشید که سنسور، آب را فقط در کسری از میلی لیتر مورد بررسی قرار می دهد. پژوهشگران حالا درحال کار کردن روی دستگاهی در مقیاس بزرگ تر هستند که می تواند حدود یک لیتر آب را با کمک یک غشای تولید شده از پلی آنیلین فیلتر کند و معتقدند این روش می تواند میزان حساسیت را تا بیش از صد برابر افزایش دهد. هدف آنها تشخیص دادن سطوح مواد شیمیایی مضر حتی در اندازه های بسیار پایین است.
سواگر اظهار داشت: ما یک سیستم خانگی و کاربرپسند را در نظر داریم. کاربر می تواند یک لیتر آب را در آن قرار دهد تا از غشاء عبور کند و سپس، به اندازه گیری تغییر مقاومت غشا بپردازد.
چنین دستگاهی می تواند یک جایگزین ارزان تر و سریع را برای روش های فعلی تشخیص PFAS عرضه نماید. اگر PFAS در آب شرب تشخیص داده شود، فیلترهای تجاری موجود را می توان برای کاهش میزان آنها در آب شرب خانگی استفاده نمود. روش آزمایشی جدید می تواند برای کارخانه هایی که محصولات حاوی مواد شیمیایی PFAS را تولید می کنند نیز سودمند باشد. کارخانه ها می توانند آزمایش نمایند که آیا آب مورد استفاده در پروسه تولید آنها برای انتشار در محیط زیست بی خطر است یا خیر.
این پژوهش در مجله «PNAS» به چاپ رسید.
منبع: آتی جو
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب