Surbhi Jain

Forskere bruger optiske fibre til at detektere blyioner

I en nylig artikel i bladet fiberoptisk teknologiforskerne diskuterede nytten af ​​funktionaliserede D-formede optiske fibre til at måle tungmetalionforurening.

Tungmetalioner, optiske fibre

At lære: Evaluering af tungmetalionkontamination gennem funktionaliserede d-formede optiske fibre. Fotokredit: HENADZI KlLENT/Shutterstock.com

Tungmetalioner som forurenende stoffer

Tungmetalioner anses for at være en af ​​komponenterne i jordskorpen. Men flere kilder er nu ved at genopbygge deres naturlige overflod. Som følge heraf overstiger deres koncentration ofte acceptable værdier.

Hvis koncentrationen af ​​tungmetalioner stiger over disse tilladte niveauer, bliver de giftige og bringer dit hjem i fare. Disse tungmetalioner kommer ind i menneskekroppen gennem mad, luft og vand.

Tungmetalioner bidrager væsentligt til vandforurening. Affald fra industri og landbrug forurener kraftigt grundvandet og tilstødende vandområder.

Detektion af tungmetalioner med fiberbaserede sensorer

Det er afgørende at analysere disse forurenende stoffer og deres forekomst i drikkevandet på et kvantitativt og kvalitativt niveau.

En bred vifte af sensorer udvikles til at detektere og fjerne tungmetalioner.

De mest farlige tungmetalioner kan detekteres ved hjælp af en række standard, rutinemæssige metoder. Blandt disse fortjener atomabsorptionsspektroskopi (AAS), induktivt koblet plasmamassespektroskopi (ICP-MS) og atomisk fluorescensspektroskopi (AFS) særlig opmærksomhed.

Men på grund af deres størrelse og høje vedligeholdelsesomkostninger er disse metoder uegnede til feltanalyse.

Sensorer med hurtig registrering på stedet og høj følsomhed erstatter derfor gradvist disse standardmetoder. Det er vigtigt at bemærke, at fiberbaserede sensorer erstatter mange tidligere løsninger. Årsagen til dette er deres fremragende modstand mod elektromagnetisk interferens.

Hvis formen af ​​de optiske fibersonder ændres, f.eks. B. D-formet, U-formet og tilspidset giver sensorerne en justeret flowhastighed.

D-formede fiberprober er yderst nyttige til sansning.

D-formede fibersonder til blyion-detektion

I undersøgelsen demonstrerede forfatterne en simpel teknik til at detektere blyioner i vand. Dette blev opnået ved at tilføje asparaginsyre og funktionalisere guldnanopartikler til en D-formet optisk fiber.

Intensitetsgennemstrømning gennem fiberfunktionalisering var afhængig af Pb-induceret aggregering af guldnanopartikler2+ ioner.

Den modulerede intensitet blev derefter evalueret med en optisk detektor. De opnåede resultater viste en imponerende respons ned til ppb-niveauet, især for blyionen med den laveste selektivitet i forhold til andre ioner.

Holdet brugte en D-formet optisk fiber som sensorenheden, fordi det var lettere at lave en D-formet optisk sonde end en tilspidset eller U-formet optisk sonde.

Sammenlignet med deres modstykker tilbød D-formede prober forbedret outputresponsstabilitet på grund af et bredere tværsnit af interaktionsregionen. I modsætning til andre former viste D-formen et større indgrebsområde og højere gennemløb.

Fremstilling af en funktionaliseret D-formet optisk fibersonde med guld nanopartikler

Forskere introducerede en D-formet optisk fibersonde, der brugte funktionaliseringen af ​​guldnanopartikler (AuNP’er) til at detektere blyioner.

Syntesen af ​​guldnanopartikler (AuNP’er) og konstruktionen af ​​sonden ved funktionalisering af guldnanopartiklerne (AuNP’er) blev undersøgt, efterfulgt af en følsomhedsanalyse.

Holdet brugte multimode fiber med en kerneradius på 125 µm og en numerisk blænde på 0,22.

Guldchlorid, trinatriumcitrat og mellemmolekylær chitosan var de nødvendige ingredienser til funktionalisering. Guld nanopartikler (AuNP’er) blev fremstillet ved hjælp af en konventionel kemisk reduktionsproces. En 1 mM guldchloridopløsning blev opvarmet til 60 °C til funktionalisering.

Forfatterne forberedte en chitosanopløsning i eddikesyre for at funktionalisere guldnanopartikler. Derefter blev en opløsning indeholdende asparaginsyre i dobbeltdestilleret vand fremstillet til den endelige funktionaliseringsproces af guldnanopartiklerne.

En 12 cm optisk fiber blev brugt til at fremstille sensorsonden. Den 2 cm lange halvbeklædte af den sidepolerede fiber blev derefter forsigtigt strippet med et skarpt blad for at skabe en D-formet optisk fiber.

Når de var klar, efter-funktionalisering, blev guldnanopartiklerne brugt til at sensibilisere det udsatte område, hvilket gjorde dem modtagelige for tungmetalion-injektion med en mikropipette.

Den optiske detektor blev sat op til udlæsning. Prøverne blev derefter indført i fiberens føleområde gennem en mikropipette.

Karakterisering af en D-formet optisk fibersonde funktionaliseret med AuNP’er

Både de rene guld nanopartikler (AuNP’er) og AuNP’erne blev udsat for ultraviolet-synlig (UV-Vis) karakterisering efter funktionalisering.

Umodificerede AuNP’er genererede højere absorbansværdier end funktionaliserede. Den røde forskydning af absorptionstoppen var også tydeligt synlig. Dette kan forklares med enten et fald i plasmonernes oscillationsfrekvenser eller en ændring i permittiviteten af ​​miljøet omkring AuNP’erne.

Ledningselektronresonansoscillationer var resultatet af interaktionen af ​​det flygtige felt med asparaginsyrefunktionaliserede guldnanopartikler (AuNP’er) i sensorområdet.

En af -COOH-grupperne var knyttet til overfladen af ​​AuNP’erne, mens den anden, som var fri, let kunne interagere med blyioner.

Interaktionen mellem bly-ionen og -COOH ændrede brydningsindekset omkring AuNP’erne på grund af tilstedeværelsen af ​​den eksterne analyt.

På grund af det direkte forhold mellem moduleret intensitet og brydningsindeks, resulterede moduleret lysintensitet, når blyionkoncentrationer blev ændret.

Op til et punkt blev præstationsvækst observeret, efterfulgt af en mætningszone. Udgangsresponsen fra sensorsonden steg med stigende blyionkoncentration.

Imidlertid blev sensorsonden mættet, og efter en vis tid og koncentration blev den ikke længere bundet til blyioner.

Funktionaliseringen af ​​guldnanopartikler (AuNP’er) var ansvarlig for mætningen. Her blev det antydet, at interaktionen mellem blyionerne og carboxylgruppen ophørte, hvilket resulterede i det mindste antal ændringer i brydningsindeks og mættet output.

De opnåede resultater viste, at blyioner producerede mere regulerede output end Cd2+Som3+og udg2+andre tungmetalioner.

Den meget højere affinitet af Pb2+ ion for -COOH-gruppen kunne være årsagen til denne mere robuste reaktion. Større gennemstrømning resulterede til sidst fra øget brydningsindeksvariation i blyionoverfloden.

En ligetil og omkostningseffektiv sensortilgang til bestemmelse af Pb2+

Sammenfattende beskrev denne undersøgelse en enkel og overkommelig sansestrategi til at vurdere Pb2+et farligt vandforurenende stof.

En unik D-formet optisk fibersonde blev brugt til at detektere Pb2+. Føleområdet af den D-formede fiber blev belagt med asparaginsyre-funktionaliserede AuNP’er, som gør det muligt at måle blyioner ned til ppb-niveauet.

De opnåede resultater viste en imponerende respons ned til ppb-niveauet, især for blyioner med den laveste selektivitet i forhold til andre fornuftige ioner.

Forfatterne nævnte, at den beskrevne metode tilbyder en kompakt, billig metode til påvisning af tungmetalionforurening i vand.

Relation

Biswas, R., Bhuyan, R., Boruah, BS, et al. (2022) Evaluering af tungmetalionkontamination med funktionaliserede d-formede optiske fibre. fiberoptisk teknologi 102996. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1068520022001791

Ansvarsfraskrivelse: De synspunkter, der er udtrykt heri, er forfatterens, udtrykt i hans egen kapacitet og repræsenterer ikke nødvendigvis synspunkter fra AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, ejeren og operatøren af ​​dette websted. Denne ansvarsfraskrivelse er en del af vilkårene for brug af denne hjemmeside.

Leave a Comment

Your email address will not be published.