(Cedit: Jairo Peralta and Victor Contreras, Instituto de Ciencias Físicas UNAM)
Mexican researchers have used ultrasonic levitation to suspend droplets of water in the air and perform spectral analysis to detect contamination.
Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) is commonly employed to identify what chemicals are present in a particular sample of a substance. While this is a straightforward process with solids, it is more difficult with liquids, as the plasma created by the laser pulse lasts such a short time, making the chemical fingerprint hard to detect. Typically, samples of water have to be sent to laboratories where high-powered, non-portable lasers perform the task.
Using sound waves, the researchers suspended a single droplet of water that allowed them to detect very low concentrations of heavy metals using LIBS. In their paper, published in the journal Optics Letters, they detected 0.7mg/L of cadmium and 0.2mg/L of barium. It’s hoped that the work will form the basis of a portable or handheld device that can perform vital water analysis on-site.
“Despite the large variety of water sensors that offer continual monitoring, detection of multiple heavy metals dissolved in water can only be performed by sending samples off for specialised laboratory analysis,” said the research team leader Victor Contreras, from Instituto de Ciencias Físicas at the National Autonomous University of Mexico (UNAM).
“Our new technique is one step toward the development of a simpler analysis approach that could be applied on-site and in real time. This type of water analysis could be used by agricultural, pharmaceutical, water purification and other industries to monitor water for contaminants.”
Currently, analysing water samples on-site requires drops of water to be evaporated on a substrate. However, spectral analysis can then contain elements of the substrate, as well as inconsistent readings due to changes in concentration caused by the evaporation. By levitating the water drops, these problems are avoided, providing more accurate readings that can be consistently reproduced.
“Acoustic levitation is a simple and inexpensive method to preconcentrate the elements of interest while avoiding contamination from the substrate surface,” said Contreras. “Moreover, it does not require the sample to have any type of electric or magnetic response like some other methods used to achieve levitation.”
The team is now working to optimise the acoustic trap to achieve more stable levitation conditions, which will improve the reproducibility of the LIBS readings. They also want to increase the sensitivity by levitating smaller drops, which further concentrates the contaminants and will ultimately make it easier to develop a handheld device.
ITALIANO
I ricercatori messicani hanno usato la levitazione ultrasonica per sospendere le goccioline d'acqua nell'aria ed eseguire analisi spettrali per rilevare la contaminazione.
La spettroscopia di rottura indotta dal laser (LIBS) è comunemente impiegata per identificare quali sostanze chimiche sono presenti in un particolare campione di una sostanza. Mentre questo è un processo semplice con i solidi, è più difficile con i liquidi, poiché il plasma creato dall'impulso laser dura così poco tempo, rendendo difficile l'identificazione dell'impronta digitale. Tipicamente, i campioni di acqua devono essere inviati ai laboratori in cui si usano laser ad alta potenza e non portatili.
Usando le onde sonore, i ricercatori hanno sospeso una singola goccia d'acqua che ha permesso loro di rilevare concentrazioni molto basse di metalli pesanti usando LIBS. Nel loro articolo, pubblicato sulla rivista Optics Letters, hanno rilevato 0,7 mg / L di cadmio e 0,2 mg / L di bario. Si spera che il lavoro costituisca la base di un dispositivo portatile o portatile in grado di eseguire analisi vitali dell'acqua in loco.
"Nonostante la grande varietà di sensori d'acqua che offrono un monitoraggio continuo, la rilevazione di più metalli pesanti disciolti nell'acqua può essere eseguita solo inviando campioni per analisi di laboratorio specializzate", ha affermato il responsabile del gruppo di ricerca Victor Contreras, dell'Instituto de Ciencias Físicas presso il Università Nazionale Autonoma del Messico (UNAM).
"La nostra nuova tecnica è un passo verso lo sviluppo di un approccio di analisi più semplice che potrebbe essere applicato sul posto e in tempo reale. Questo tipo di analisi dell'acqua potrebbe essere utilizzato da industrie agricole, farmaceutiche, depurazione delle acque e altre industrie per monitorare l'acqua per contaminanti ".
Attualmente, l'analisi dei campioni di acqua sul posto richiede l'evaporazione di gocce d'acqua su un substrato. Tuttavia, l'analisi spettrale può quindi contenere elementi del substrato, nonché letture inconsistenti dovute a variazioni di concentrazione causate dall'evaporazione. Facendo levitare le gocce d'acqua, questi problemi vengono evitati, fornendo letture più accurate che possono essere riprodotte in modo coerente.
"La levitazione acustica è un metodo semplice e poco costoso per preconcentrare gli elementi di interesse evitando la contaminazione dalla superficie del substrato", ha affermato Contreras. "Inoltre, non richiede che il campione abbia alcun tipo di risposta elettrica o magnetica come altri metodi utilizzati per ottenere la levitazione."
Il gruppo sta ora lavorando per ottimizzare la trappola acustica per ottenere condizioni di levitazione più stabili, che miglioreranno la riproducibilità delle letture LIBS. Vogliono anche aumentare la sensibilità facendo lievitare gocce più piccole, che concentrano ulteriormente i contaminanti e, in ultima analisi, renderanno più facile lo sviluppo di un dispositivo portatile.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/ultrasonic-levitation-water/?cmpid=tenews_5133382&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79
