En un reciente artículo de revista Tecnología de fibra ópticaLos investigadores discutieron el uso de fibras ópticas en forma de D funcionalizadas para medir la contaminación por iones de metales pesados.
Investigar: Evaluación de la contaminación por iones de metales pesados mediante fibra óptica en forma de d funcionalizada. Crédito de la foto: HENADZI KlLENT/Shutterstock.com
Los iones de metales pesados como contaminantes
Los iones de metales pesados se consideran como uno de los constituyentes de la corteza terrestre. Sin embargo, muchas fuentes ahora están reponiendo su abundancia natural. Como resultado, su concentración a menudo supera los niveles aceptables.
Cuando la concentración de iones de metales pesados supera este nivel permisible, se vuelven venenosos y ponen en peligro su hogar. Estos iones de metales pesados ingresan al cuerpo humano a través de los alimentos, el aire y el agua.
Los iones de metales pesados contribuyen significativamente a la contaminación del agua. Los desechos industriales y agrícolas contaminan fuertemente las aguas subterráneas y los cuerpos de agua cercanos.
Detección de iones de metales pesados mediante sensores basados en fibra óptica
Es importante el análisis cuantitativo y cualitativo de estos contaminantes y su abundancia en el agua potable.
Se está desarrollando una amplia gama de sensores para la detección y eliminación de iones de metales pesados.
Los iones de metales pesados más peligrosos se pueden detectar utilizando varios métodos convencionales estándar. Entre estos, la espectroscopia de absorción atómica (AAS), la espectroscopia de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) y la espectroscopia de fluorescencia atómica (AFS) merecen especial atención.
Sin embargo, debido a su gran tamaño y altos costos de mantenimiento, estos procedimientos no son adecuados para pruebas de campo.
Como resultado, una detección in situ más rápida y mejores sensores sensibles están reemplazando gradualmente estas prácticas estándar. Cabe señalar que los sensores basados en fibra óptica reemplazan muchas soluciones anteriores. Esto se debe a su excelente resistencia a las interferencias electromagnéticas.
Cuando se cambia la forma de las sondas de fibra óptica en forma de T, en forma de U y cónicas, los sensores producen un rendimiento ajustado.
Las sondas de fibra en forma de T son muy útiles para la detección.
Sondas de fibra en forma de T para la detección de iones de plomo
En el estudio, los autores demostraron una técnica simple para detectar iones de plomo en el agua. Esto se logró mediante la adición de ácido aspártico y la funcionalización de nanopartículas de oro con una fibra óptica en forma de T.
La eficiencia en términos de intensidad a través de la actividad de la fibra depende de la agregación de nanopartículas de oro provocada por el PP.2+ iones
A continuación, se evaluó la intensidad modulada utilizando un detector óptico. Los resultados obtenidos mostraron una respuesta impresionante al rango de PPP, especialmente para el ion plomo con la menor selectividad por otros iones.
El equipo utilizó una fibra óptica en forma de D como unidad de detección porque una sonda óptica en forma de D es más fácil de fabricar que una sonda óptica cónica o en forma de U.
En comparación con sus contrapartes, las sondas en forma de D brindan una estabilidad de respuesta de salida mejorada debido a la sección transversal más amplia del área de contacto. En contraste con los otros patrones, el patrón T mostró un área de compromiso más extensa y una mayor eficiencia.
Preparación de sonda de fibra óptica en forma de D funcionalizada con nanopartículas de oro
Los investigadores introdujeron una sonda de fibra óptica en forma de D que utilizaba la funcionalización de nanopartículas de oro (AuNP) para detectar iones de plomo.
Se investigaron la síntesis de nanopartículas de oro (AuNP) y la construcción de la sonda mediante la funcionalización de nanopartículas de oro (AuNP), seguido de un análisis de sensibilidad.
El equipo utilizó una fibra óptica multimodo con un radio de núcleo de 125 µm y una apertura numérica de 0,22.
Los ingredientes activos incluyen cloruro de oro, citrato trisódico y quitosano de peso molecular medio. Las nanopartículas de oro (AuNP) se generaron mediante un proceso convencional de reducción química. Una solución de cloruro de oro 1 mM se calentó a 60 °C para la reacción.
Los autores prepararon una solución de quitosano en ácido acético para activar nanopartículas de oro. Posteriormente, se preparó una solución que contenía ácido aspártico en agua bidestilada para el proceso de funcionalización final de las nanopartículas de oro.
Se utilizó una fibra óptica de 12 cm para construir la sonda sensora. Se despegó cuidadosamente un medio revestimiento de 2 cm de la fibra con pulido lateral con una cuchilla afilada para formar una fibra óptica en forma de T.
Una vez preparadas, las nanopartículas de oro se usaron para sensibilizar el área expuesta después de la funcionalización, haciéndolas susceptibles a la inyección de iones de metales pesados usando una micropipeta.
Se configura un detector óptico para la lectura. Luego, las muestras se entregaron con una micropipeta al área de detección de la fibra.
Caracterización de la sonda de fibra óptica en forma de D AuNPs
Tanto las nanopartículas de oro puro (AuNP) como las AuNP se sometieron a caracterización ultravioleta-visible (UV-vis) después de la funcionalización.
Los AuNP no modificados produjeron valores de absorbancia más altos que los funcionalizados. También fue evidente un desplazamiento hacia el rojo del pico de absorción. Esto podría explicarse por una reducción en las frecuencias de oscilación de los plasmones o un cambio en la permitividad del entorno alrededor de las AuNP.
Las oscilaciones de resonancia de electrones de conducción resultan de la interacción del campo evanescente con las nanopartículas de oro funcionalizadas con ácido aspartato (AuNP) en la región de detección.
Uno de los grupos -COOH está unido a la superficie de las AuNP, mientras que el otro está libre y puede interactuar fácilmente con los iones de plomo.
La interacción del ion plomo con -COOH cambió el índice de refracción alrededor de las AuNP debido a la presencia de un analito externo.
Debido a la relación directa entre la intensidad modulada y el índice de refracción, la intensidad de la luz modulada resultó cuando se cambiaron las concentraciones de iones de plomo.
El crecimiento de la producción se observa hasta cierto punto, seguido de la zona de saturación. La respuesta de salida de la sonda del sensor aumentó a medida que aumentó la concentración de iones de plomo.
Sin embargo, se produjo una saturación en la sonda del sensor y no hubo unión a los iones de plomo después de que transcurrió una cierta cantidad de tiempo y concentración.
La funcionalización de nanopartículas de oro (AuNP) fue responsable de la impregnación. Aquí, la interacción entre los iones de plomo y el grupo carboxílico terminó, lo que resultó en una pequeña cantidad de cambios en el índice de refracción y la emisión saturada.
Los resultados obtenidos demostraron que los iones de plomo producen emisiones reguladas más intensas que los de Cd2+como3+y Hg2+Otros iones de metales pesados.
La mayor afinidad de Pb2+ El anión del grupo -COOH puede explicar esta fuerte respuesta. La mayor eficiencia resultó finalmente de una mayor fluctuación del índice de refracción a mayores abundancias de iones de plomo.
Un enfoque sencillo, rentable y sensible para estimar la PA2+
En resumen, este estudio describió una estrategia de detección simple y asequible para la estimación de Pb2+Un peligroso contaminante del agua.
Se utilizó una sonda de fibra óptica única en forma de D para detectar Pb2+. La parte sensible del filamento en forma de T está recubierta con AuNP funcionalizados con ácido aspártico, lo que permite la medición de iones de plomo hasta el tamaño de ppb.
Los resultados obtenidos mostraron una respuesta impresionante en la escala de ppb, especialmente para los iones de plomo que eran menos selectivos que otros iones sensibilizados.
Los autores señalaron que el método informado proporciona un método compacto y rentable para la detección de contaminantes de iones de metales pesados en el agua.
Nota
Biswas, R., Bhuyan, R., Borua, BS, y muchos otros. (2022) Evaluación de la contaminación por iones de metales pesados mediante fibra óptica en forma de d funcionalizada. Tecnología de fibra óptica 102996. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1068520022001791
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