Em um novo estudo, os pesquisadores mostraram que o uso de ondas sonoras para levitar gotículas de água no ar pode melhorar a detecção de contaminantes de metais pesados ​​nocivos, como chumbo e mercúrio na água. Detectar pequenas quantidades de metais pesados ​​na água é importante porque esses contaminantes são prejudiciais à saúde humana e ao meio ambiente. A nova técnica pode eventualmente levar a instrumentos que operam em tempo real, monitoramento de contaminantes no local, que poderia ajudar a prevenir futuros problemas de contaminação por chumbo, como o Flint, Michigan, crise de água ou detectar águas residuais contaminadas de locais industriais.

"Apesar da grande variedade de sensores de água que oferecem monitoramento contínuo, a detecção de vários metais pesados ​​dissolvidos na água só pode ser realizada através do envio de amostras para análises laboratoriais especializadas, "disse o líder da equipe de pesquisa Victor Contreras, do Instituto de Ciencias Físicas UNAM, México. "Nossa nova técnica é um passo em direção ao desenvolvimento de uma abordagem de análise mais simples que pode ser aplicada no local e em tempo real. Este tipo de análise de água pode ser usado por agricultores, farmacêutico, purificação de água e outras indústrias para monitorar a água em busca de contaminantes. "

No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , os pesquisadores detalham sua nova abordagem, que usa uma técnica sensível conhecida como espectroscopia de quebra induzida por laser (LIBS) para analisar metais pesados ​​presentes em gotas de água em levitação. Levitar as gotas de água permite que a água evapore em uma posição controlada, o que aumenta a concentração de massa de contaminantes na amostra e torna mais fácil realizar a análise LIBS. Os pesquisadores mostraram que sua nova abordagem pode detectar de forma confiável níveis muito baixos de metais pesados ​​como o bário, cádmio e mercúrio com tempos de análise de apenas alguns minutos.

Usando LIBS em líquidos

Os pesquisadores usaram o LIBS porque ele oferece uma maneira rápida e direta de identificar vários elementos simultaneamente. LIBS funciona focando um pulso de laser de alta energia em uma amostra, que vaporiza o material e gera um plasma. Como a luz emitida pelo plasma contém as impressões digitais atômicas do material, é possível identificar os componentes químicos da amostra analisando a luz emitida.

É um processo direto usar a análise LIBS em amostras sólidas. Na verdade, vários dispositivos portáteis disponíveis comercialmente estão disponíveis para este tipo de análise. Contudo, é difícil usar esse método para analisar líquidos diretamente porque o plasma formado nos líquidos esfria mais rápido e dura muito pouco tempo. Além disso, a produção de um plasma em uma superfície líquida produz respingos de água que afetam diretamente a leitura da espectroscopia.

Com amostras líquidas, a criação de um plasma que fornece um bom sinal para detecção de produtos químicos requer altos níveis de energia do laser, que só pode ser fornecido por materiais volumosos, lasers não portáteis. Para contornar este problema, amostras líquidas são normalmente analisadas colocando uma gota em um substrato e esperando que seque para concentrar os elementos de interesse na amostra. Embora depositar a amostra em um substrato seja bastante simples, o pulso de laser excita átomos de elementos na amostra, bem como do substrato. Além do mais, a evaporação da água pode levar à distribuição não homogênea das impurezas no substrato, comprometendo a reprodutibilidade do sinal.

Em vez de depositar as gotículas em um substrato, os pesquisadores usaram ondas sonoras intensas para levitar gotículas de água. As ondas sonoras produzem uma força forte o suficiente para neutralizar a gravidade, permitindo que uma gota flutue sem suporte no ar.

"A levitação acústica é um método simples e barato para pré-concentrar os elementos de interesse, evitando a contaminação da superfície do substrato, "disse Contreras." Além disso, não requer que a amostra tenha qualquer tipo de resposta elétrica ou magnética como alguns outros métodos usados ​​para alcançar a levitação. "

Analisando gotículas

No papel, os pesquisadores mostraram que o uso de ondas acústicas para levitar uma única gota d'água permitiu que detectassem concentrações muito baixas de metais pesados. Por exemplo, eles detectaram 0,7 miligramas por litro de cádmio e 0,2 miligramas por litro de bário. Eles também mostraram que a técnica de levitação acústica que usaram é estável o suficiente para uma análise LIBS reproduzível.

“Esta tecnologia tem potencial para detectar simultaneamente metais pesados ​​e outros elementos na água de forma rápida e econômica, "disse Contreras." Um analisador online baseado em nossa tecnologia pode um dia ajudar a prevenir desastres ambientais e contribuir para um melhor controle da qualidade da água. "

Os pesquisadores agora estão trabalhando para melhorar a instrumentação. Por exemplo, eles querem otimizar o projeto mecânico da armadilha acústica para alcançar condições de levitação mais estáveis, que irá melhorar a reprodutibilidade das leituras LIBS. Eles também querem aumentar a sensibilidade levitando de forma estável gotas menores, que concentra ainda mais os contaminantes. Este é um passo fundamental para a miniaturização do dispositivo, pois permitirá o uso de dispositivos menos sensíveis, mas detectores mais compactos.