En un nuevo estudio, los investigadores mostraron que el uso de ondas sonoras para levitar gotas de agua en el aire puede mejorar la detección de contaminantes nocivos de metales pesados como el plomo y el mercurio en el agua. Detectar pequeñas cantidades de metales pesados en el agua es importante porque estos contaminantesson perjudiciales para la salud humana y el medio ambiente. La nueva técnica podría eventualmente conducir a instrumentos que realicen monitoreo de contaminantes en el sitio en tiempo real, lo que podría ayudar a prevenir futuros problemas de contaminación por plomo como la crisis de agua de Flint, Michigan, o detectar aguas residuales contaminadassitios industriales.
"A pesar de la gran variedad de sensores de agua que ofrecen monitoreo continuo, la detección de múltiples metales pesados disueltos en agua solo se puede realizar enviando muestras para análisis de laboratorio especializados", dijo el líder del equipo de investigación Victor Contreras, del Instituto de Ciencias FísicasUNAM, México. "Nuestra nueva técnica es un paso hacia el desarrollo de un enfoque de análisis más simple que podría aplicarse en el sitio y en tiempo real. Este tipo de análisis de agua podría ser utilizado por la industria agrícola, farmacéutica, de purificación de agua y otras industrias paravigilar el agua en busca de contaminantes "
En la revista The Optical Society OSA Cartas ópticas , los investigadores detallan su nuevo enfoque, que utiliza una técnica sensible conocida como espectroscopía de ruptura inducida por láser LIBS para analizar metales pesados presentes en gotas de agua levitantes. La levitación de las gotas de agua permite que el agua se evapore en una posición controlada, queaumenta la concentración de masa de contaminantes en la muestra y facilita el análisis LIBS. Los investigadores demostraron que su nuevo enfoque puede detectar de manera confiable niveles muy bajos de metales pesados como bario, cadmio y mercurio con tiempos de análisis de solo unos minutos.
Usando LIBS en líquidos
Los investigadores utilizaron LIBS porque ofrece una forma rápida y directa de identificar varios elementos simultáneamente. LIBS funciona enfocando un pulso láser de alta energía en una muestra, que vaporiza el material y genera un plasma. Porque la luz emitida por el plasma contieneLas huellas dactilares atómicas del material permiten identificar los componentes químicos de la muestra analizando la luz emitida.
Es un proceso sencillo usar el análisis LIBS en muestras sólidas. De hecho, varios dispositivos portátiles disponibles comercialmente están disponibles para este tipo de análisis. Sin embargo, es difícil usar este método para analizar directamente líquidos porque el plasma se formó en líquidosse enfría más rápido y dura muy poco tiempo. Además, la producción de plasma en una superficie líquida produce salpicaduras de agua que afectan directamente la lectura de la espectroscopia.
Con muestras líquidas, la creación de un plasma que proporcione una buena señal para la detección química requiere altos niveles de energía láser, que solo puede proporcionarse con láseres voluminosos y no portátiles. Para sortear este problema, las muestras líquidas generalmente se analizan colocando undeje caer un sustrato y espere a que se seque para concentrar los elementos de interés en la muestra. Aunque depositar la muestra en un sustrato es bastante simple, el pulso láser excita los átomos de los elementos de la muestra, así como del sustrato.Además, la evaporación del agua podría conducir a una distribución no homogénea de las impurezas en el sustrato, comprometiendo su reproducibilidad de señal.
En lugar de depositar las gotas sobre un sustrato, los investigadores utilizaron ondas de sonido intensas para levitar gotas de agua individuales. Las ondas de sonido producen una fuerza lo suficientemente fuerte como para contrarrestar la gravedad, permitiendo que una gota flote sin apoyo en el aire.
"La levitación acústica es un método simple y económico para preconcentrar los elementos de interés y evitar la contaminación de la superficie del sustrato", dijo Contreras. "Además, no requiere que la muestra tenga ningún tipo de respuesta eléctrica o magnética como cualquier otramétodos utilizados para lograr la levitación. "
Analizando gotas
En el documento, los investigadores mostraron que el uso de ondas acústicas para levitar una sola gota de agua les permitió detectar concentraciones muy bajas de metales pesados. Por ejemplo, detectaron 0.7 miligramos por litro de cadmio y 0.2 miligramos por litro de bario.También demostraron que la técnica de levitación acústica que utilizaron es lo suficientemente estable para el análisis LIBS reproducible.
"Esta tecnología tiene el potencial de detectar simultáneamente metales pesados y otros elementos en el agua de una manera rápida y rentable", dijo Contreras. "Un analizador en línea basado en nuestra tecnología podría algún día ayudar a prevenir desastres ambientales y contribuir a mejorarcontrol de calidad del agua "
Los investigadores ahora están trabajando para mejorar la instrumentación. Por ejemplo, quieren optimizar el diseño mecánico de la trampa acústica para lograr condiciones de levitación más estables, lo que mejorará la reproducibilidad de las lecturas de LIBS. También quieren aumentar la sensibilidadmediante la levitación estable de gotas más pequeñas, lo que concentra aún más los contaminantes. Este es un paso clave para miniaturizar el dispositivo, ya que permitirá el uso de detectores menos sensibles, pero más compactos.
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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