음용수에서 비소를 검출하는 새로운 비용 효율적인 방법

과학자들은 WHO의 안전 임계값보다 훨씬 낮은 수준의 음용수에서 비소를 실시간으로 감지할 수 있는 새로운 광섬유 센서를 공개했습니다. 이 혁신은 전 세계 가구가 물 안전을 쉽게 모니터링하고 비소 노출과 관련된 위험을 줄일 수 있도록 할 수 있습니다.

인도 공과대학 과하티의 연구진은 음용수에서 극히 낮은 수준의 비소를 검출하는 간단하고 실시간적인 방법을 제공하는 새로운 광섬유 센서를 개발했습니다. 이 혁신적인 기술은 가정에서 비소를 검사할 수 있게 하여 개인이 자신의 수질을 보다 효과적으로 모니터링할 수 있는 힘을 제공할 것입니다.

비소 오염은 전 세계 수백만 명에게 영향을 미치는 심각한 환경 및 공중 보건 위기를 초래합니다. 자연적으로 암석과 토양에서 지하수로 침출되지만 광산, 산업 폐기물 처리 및 비소 기반 살충제 사용과 같은 인간 활동으로 인해 악화됩니다.

IIT Guwahati의 물리학과 교수이자 저자인 Sunil Khijwania는 "비소로 오염된 물을 섭취하면 비소 중독 및 피부암, 폐암, 신장암 및 방광암을 포함한 심각한 건강 문제가 발생할 수 있습니다."라고 말했습니다. 보도 자료. “민감하고, 선택적이고, 재사용 가능하고, 비용 효율적인 센서를 만들어서, 우리는 일상적인 모니터링을 위한 신뢰할 수 있고 사용하기 쉬운 도구에 대한 필요성을 해결하고, 지역 사회를 비소 노출 위험으로부터 보호하는 데 도움을 주는 것을 목표로 합니다.”

게재 저널 Applied Optics에 실린 이 연구에서는 광섬유와 국소 표면 플라스몬 공명으로 알려진 현상을 사용하는 센서에 대해 자세히 설명합니다. 놀랍게도, 0.09억 분의 111(ppb)의 비소 수치를 감지할 수 있는데, 이는 세계보건기구의 최대 허용 한계인 10ppb보다 XNUMX배 낮습니다.

보다 안전한 물을 위한 사용자 친화적 도구

비소를 검출하기 위한 기존의 분광법은 정확도는 높지만 사용하기 번거롭고 복잡하고 값비싼 장비가 필요합니다.

이 새로운 센서는 비용 효율성이 뛰어나고 일상적인 사용에 충분히 간단하며, 실시간 모니터링이 가능하고 0.5초 이내에 결과를 제공함으로써 중요한 격차를 메웁니다.

연구진은 이 센서를 개발하기 위해 광섬유의 내부 코어를 금 나노입자와 알루미늄 산화물, 그래핀 산화물의 독특한 나노 복합재로 코팅했는데, 이는 비소 이온과 선택적으로 결합합니다.

빛이 광섬유를 통과하면서 금 나노입자와 상호 작용하여 국소 표면 플라스몬 공명을 유발합니다. 비소가 있으면 센서의 나노복합체에 결합하여 감지 가능한 파장 이동을 유발합니다.

센서에 대한 포괄적인 테스트 결과, 다양한 농도에서 비소를 일관되고 안정적으로 감지했으며 최대 분해능은 ±0.058ppb였습니다. 여러 날 동안의 테스트에서 무시할 수 있는 변화가 나타났으며 비소 감지의 황금 표준 방법인 유도 결합 플라스마 질량 분석법(ICP-MS)의 측정값과 강력한 일치를 보였습니다.

인도 구와하티의 다양한 위치에서 실제 식수 샘플을 대상으로 테스트를 실시한 결과, 실제 환경에서 센서의 안정적인 성능을 확인했습니다.

"이러한 조사는 제안된 광섬유 센서가 실제 현장 조건에서 비소를 감지하는 데 매우 민감하고, 선택적이고, 빠르고, 비용 효율적이며, 간단하고 쉬운 솔루션을 제공한다는 것을 확인했습니다."라고 Khijwania가 덧붙였습니다. "장기적으로 이 새로운 접근 방식은 저렴하고 접근 가능한 환경 모니터링 도구의 새로운 물결을 만들기 위해 수정될 가능성이 있습니다."

미래 전망

센서가 실제 환경에 적용될 준비가 되었지만, 널리 채택되려면 비용이 덜 들고 사용하기 쉬운 광원과 감지기를 추가로 개발해야 합니다.

연구자들은 그들의 연구가 수질 검사의 새로운 표준을 마련하고, 비소 노출을 예방하여 생명을 구하고 전 세계 지역 사회에 더 안전한 식수를 보장하는 데 도움이 되기를 바라고 있습니다.