Chemici van de Universiteit van Texas in Austin hebben een materiaal ontwikkeld dat de sleutel vormt tot goedkope, snelle en draagbare nieuwe sensoren voor een breed scala aan chemicaliën die op dit moment de overheid en de industrie grote bedragen kosten om te detecteren. De innovatie kan leiden tot grote winst voor de volksgezondheid, omdat het de potentie heeft om de kosten die gepaard gaan met het opruimen van accidentele chemische lozingen drastisch te verminderen, het saneren van oude industrieterreinen, het opsporen van radioactieve besmetting in drinkwater, en het bedienen van medische en onderzoeksbeeldvormingsapparatuur.

"Een bedrijf met een verlaten chemische fabriek die vaten met niet-gelabelde oplosmiddelen heeft of een openbaar nutsbedrijf dat bezorgd is dat zijn watervoorziening is vervuild, wordt vandaag geconfronteerd met een omslachtig proces om de chemicaliën te identificeren voordat ze kunnen beginnen met opruimen. " zei Simon Humphrey, universitair hoofddocent scheikunde die het onderzoek leidde. "Het is kostbaar en kan twee of drie dagen duren. Dat kunnen we nu doen met een snelle, on-site-methode - en dat verschil zou de gezondheid van mensen kunnen verbeteren en de vervuiling veel efficiënter kunnen verminderen."

Humphrey ziet wegwerppapieren peilstokken die met het nieuwe materiaal zijn gecoat. Een gebruiker zou er een in een niet-gekarakteriseerde stof dopen en deze in een ultraviolet (UV) -lezer steken. Gebaseerd op de kleuren van het uitgestraalde licht, het apparaat zou aangeven welke componenten, zoals organische oplosmiddelen, fluoride, kwik en zware metalen, zijn in de stof.

Het materiaal, genaamd PCM-22 en beschreven in een artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd Chemo , is een kristal gemaakt van lanthanide-ionen en trifenylfosfine. Wanneer een chemische stof zich aan het materiaal hecht en er een UV-licht op schijnt, het materiaal straalt specifieke kleuren zichtbaar licht uit. Elke chemische stof produceert een unieke acht-factor handtekening van kleur en helderheid die kan worden gebruikt om deze te identificeren en te kwantificeren in een niet-gekarakteriseerd monster.

Zodra wetenschappers de sensor op bekende monsters hebben gekalibreerd om een ​​catalogus van vingerafdrukken te maken die kunnen worden gebruikt om de componenten van niet-gekarakteriseerde monsters te identificeren, de sensoren van het peilstoktype zouden relatief eenvoudig te produceren zijn, zei Humphrey. Hij en UT Austin delen gezamenlijke patenten op het sensormateriaal en op het proces van het analyseren van resultaten, en UT Austin's Office of Technology Commercialization is al begonnen met het in licentie geven van de technologie aan bedrijven.

Een ander gunstig kenmerk van PCM-22 is dat het onderscheid kan maken tussen twee soorten water:het gewone water (H2O) dat we in het dagelijks leven ervaren en het zogenaamde zwaar water (D2O), gebruikt bij de werking van medische en onderzoeksbeeldvorming.

Met D2O, waterstofatomen worden vervangen door deuteriumatomen, maar de twee soorten water zijn notoir moeilijk van elkaar te onderscheiden omdat ze eruit zien en, in de meeste gevallen, chemisch hetzelfde gedragen. Het vereist normaal gesproken een kostbare test met een geavanceerd stuk laboratoriumapparatuur, een laserspectrometer genaamd, om de twee uit elkaar te houden.

Omdat het nieuwe materiaal het onderscheid tussen de twee soorten water eenvoudiger maakt, het zou voor overheidsinstanties veel gemakkelijker kunnen worden om de aanwezigheid van radioactieve besmetting in drinkwater of andere watermassa's zoals meren en rivieren op te sporen. Wanneer gewoon water in wisselwerking staat met radioactief materiaal, zoals uranium, een deel ervan wordt omgezet in zwaar water, dus verhoogde niveaus van zwaar water geven een vroege waarschuwing voor besmetting met radioactief materiaal.

Het vermogen om de twee vormen van water snel te detecteren en te kwantificeren, goedkoop en op het moment van nood zou ook de weg vrijmaken voor meer betaalbare en betrouwbare medische en onderzoeksbeeldvorming, zoals nucleaire magnetische resonantie spectroscopie (NMR), waarvoor zwaar water nodig is om te werken. Om NMR goed te laten functioneren, dit zware water moet heel zuiver zijn, maar het is gemakkelijk verontreinigd met gewoon water uit vocht in de atmosfeer.

"Als je zwaar water van een fabrikant koopt, begint het ultrapuur, ' zei Humphrey. 'Maar zodra je de fles losschroeft, waterstofatomen uit de lucht beginnen te wisselen met deuteriumatomen. Een week later, alle H's zijn door elkaar gegooid met de D's en het verpest effectief het zware water. Het is een uitwisseling die je niet kunt stoppen."

Het nieuwe materiaal, die gevoelig genoeg is om concentraties van gewoon water zo laag als 10 delen per miljoen in een oplossing van zwaar water te detecteren, zou het goedkoper en sneller kunnen maken om de zuiverheid van dit belangrijke reagens te verifiëren.