Làm bay hơi các giọt nước với sóng âm để cải thiện khả năng phát hiện chất gây ô nhiễm.Các nhà nghiên cứu đã sử dụng sóng âm để bay lên những giọt nước. Cách tiếp cận này cho phép nước bốc hơi, trong đó tập trung mẫu để phát hiện quang phổ các chất gây ô nhiễm kim loại nặng có hại như chì và thủy ngân trong nước.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng sóng âm để làm bay hơi những giọt nước. Cách tiếp cận này cho phép nước bốc hơi, trong đó tập trung mẫu để phát hiện quang phổ các chất gây ô nhiễm kim loại nặng có hại như chì và thủy ngân trong nước.
Nhà cung cấp hình ảnh: Jairo Peralta và Victor Contreras, Instituto de Ciencias Físicas UNAM
Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng sóng âm để thu hút các giọt nước trong không trung có thể cải thiện việc phát hiện các chất gây ô nhiễm kim loại nặng có hại như chì và thủy ngân trong nước. Phát hiện một lượng nhỏ kim loại nặng trong nước rất quan trọng vì các chất gây ô nhiễm này có hại cho sức khỏe con người và môi trường. Kỹ thuật mới này cuối cùng có thể dẫn đến các công cụ thực hiện giám sát ô nhiễm trong thời gian thực, có thể giúp ngăn chặn các vấn đề ô nhiễm chì trong tương lai như Flint, Michigan, khủng hoảng nước hoặc phát hiện nước thải bị ô nhiễm từ các khu công nghiệp.
Nhóm nghiên cứu Victor Contreras, từ Instituto de Ciencias Físicas UNAM, cho biết: “Mặc dù có nhiều cảm biến nước cung cấp giám sát liên tục, nhưng việc phát hiện nhiều kim loại nặng được hòa tan trong nước chỉ có thể được thực hiện bằng cách gửi mẫu. Mexico. “Kỹ thuật mới của chúng tôi là một bước hướng tới sự phát triển của một phương pháp phân tích đơn giản hơn có thể được áp dụng tại chỗ và trong thời gian thực. . “
Trong tạp chí Quang học Quang học (OSA) Optics Letters , các nhà nghiên cứu mô tả chi tiết phương pháp mới của họ, sử dụng kỹ thuật nhạy cảm được gọi là quang phổ phân tích laser (LIBS) để phân tích kim loại nặng có trong các giọt nước. Việc lơ lửng các giọt nước cho phép nước bốc hơi ở vị trí được kiểm soát, làm tăng nồng độ chất gây ô nhiễm trong mẫu và làm cho việc phân tích LIBS trở nên dễ dàng hơn. Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng cách tiếp cận mới của họ có thể phát hiện mức độ rất thấp của các kim loại nặng như bari, cadmium và thủy ngân với thời gian phân tích chỉ trong vài phút.
Sử dụng LIBS trên chất lỏng
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng LIBS vì nó cung cấp một cách nhanh chóng và đơn giản để xác định một số phần tử cùng một lúc. LIBS hoạt động bằng cách tập trung một xung laser năng lượng cao vào một mẫu, làm bốc hơi vật liệu và tạo ra một plasma. Bởi vì ánh sáng phát ra bởi plasma chứa các dấu vân tay nguyên tử của vật liệu, có thể xác định các thành phần hóa học của mẫu bằng cách phân tích ánh sáng phát ra.
Nó là một quá trình đơn giản để sử dụng phân tích LIBS trên các mẫu rắn. Trên thực tế, một số thiết bị cầm tay có sẵn trên thị trường có sẵn cho loại phân tích này. Tuy nhiên, rất khó để sử dụng phương pháp này để trực tiếp phân tích chất lỏng vì plasma hình thành trong chất lỏng nguội đi nhanh hơn và kéo dài trong một thời gian rất ngắn. Ngoài ra, tạo ra một plasma trên một bề mặt chất lỏng tạo ra các splashes nước ảnh hưởng trực tiếp đến việc đọc quang phổ.
Với các mẫu chất lỏng, việc tạo ra một plasma cung cấp tín hiệu tốt cho việc phát hiện hóa học đòi hỏi năng lượng laser cao, chỉ có thể được cung cấp bởi các laser cồng kềnh, không cầm tay. Để giải quyết vấn đề này, các mẫu chất lỏng thường được phân tích bằng cách đặt một giọt trên một chất nền và chờ cho nó khô để tập trung các yếu tố quan tâm trong mẫu. Mặc dù việc lắng mẫu trên bề mặt là khá đơn giản, xung laser kích thích các nguyên tử từ các nguyên tố trong mẫu cũng như từ chất nền. Bên cạnh đó, sự bốc hơi nước có thể dẫn đến sự phân bố không đồng nhất của các tạp chất trên bề mặt, làm ảnh hưởng đến khả năng tái tạo tín hiệu của nó.
Thay vì gửi các giọt vào bề mặt, các nhà nghiên cứu sử dụng các sóng âm thanh mạnh để bay lên những giọt nước duy nhất. Sóng âm tạo ra lực đủ mạnh để chống lại lực hấp dẫn, cho phép một giọt lơ lửng không được hỗ trợ trong không khí.
“Sự bay lên âm thanh là một phương pháp đơn giản và rẻ tiền để tập trung vào các yếu tố quan tâm trong khi tránh nhiễm bẩn từ bề mặt chất nền”, Contreras nói. “Hơn nữa, nó không yêu cầu mẫu để có bất kỳ loại phản ứng điện hoặc từ như một số phương pháp khác được sử dụng để đạt được bay lên.”
Phân tích các giọt
Trong bài báo, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng sử dụng sóng âm thanh để bay lên một giọt nước duy nhất cho phép chúng phát hiện nồng độ kim loại nặng rất thấp. Ví dụ, họ phát hiện 0,7 milligram mỗi lít cadmium và 0,2 mg mỗi lít bari. Họ cũng cho thấy kỹ thuật bay lên âm thanh mà họ sử dụng là đủ ổn định để phân tích LIBS có thể tái sản xuất.
“Công nghệ này có tiềm năng đồng thời phát hiện kim loại nặng và các yếu tố khác trong nước một cách nhanh chóng và hiệu quả,” Contreras nói. “Một nhà phân tích trực tuyến dựa trên công nghệ của chúng ta có thể một ngày giúp ngăn ngừa thảm họa môi trường và góp phần cải thiện kiểm soát chất lượng nước.”
Các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc để cải thiện thiết bị đo đạc. Ví dụ, họ muốn tối ưu hóa thiết kế cơ học của bẫy âm thanh để đạt được điều kiện bay lên ổn định hơn, điều này sẽ cải thiện khả năng tái lặp của các chỉ số LIBS. Họ cũng muốn tăng độ nhạy cảm bằng cách tăng đáng kể các giọt nhỏ hơn, trong đó tiếp tục tập trung các chất gây ô nhiễm. Đây là một bước quan trọng hướng tới thu nhỏ thiết bị bởi vì nó sẽ cho phép sử dụng các máy dò ít nhạy hơn, nhưng nhỏ gọn hơn.
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180503142712.htm
