Kontrola jakości wody. Wynalazek naukowców z Warszawy
Zespół naukowców z Politechniki Warszawskiej pracujący pod kierunkiem dr. hab. inż. Artura Kasprzaka opracował nowe cząsteczki chemiczne, które mogą stać się prostym i szybkim narzędziem do wykrywania zanieczyszczeń metalami w wodach naturalnych.
Punktem wyjścia był sumanen, związek chemiczny o charakterystycznej, zakrzywionej budowie. Przez lata interesował głównie chemików badających strukturę cząsteczek i ich właściwości fizykochemiczne. Badacze z Politechniki Warszawskiej postanowili jednak wykorzystać jego nietypowy kształt w zupełnie innym celu: jako „czujnik” obecności wybranych jonów metali w wodzie. Aby było to możliwe, należało rozwiązać kluczowy problem – oryginalny sumanen nie rozpuszcza się w wodzie, co wykluczało jego zastosowanie w analizach środowiskowych.
Chemikom udało się chemicznie zmodyfikować cząsteczkę tak, by stała się hydrofilowa, czyli dobrze rozpuszczalna w wodzie. Jednocześnie nowe pochodne zachowały bardzo silną zdolność do świecenia pod wpływem światła, co otworzyło drogę do ich wykorzystania w metodach optycznych. To już samo w sobie było istotnym osiągnięciem, ponieważ połączenie dobrej rozpuszczalności w wodzie i wysokiej fluorescencji w tej klasie związków nie jest czymś oczywistym.
Kolejnym krokiem było sprawdzenie, czy zmodyfikowany sumanen potrafi selektywnie reagować na obecność konkretnych jonów metali. Okazało się, że cząsteczki te wyjątkowo „czułe” są na jony glinu, galu i indu, które należą do tej samej grupy pierwiastków i mogą występować w wodach powierzchniowych jako zanieczyszczenia. Gdy takie jony pojawiają się w roztworze, świecenie cząsteczek gwałtownie słabnie, co stanowi czytelny sygnał ich obecności. Dla innych jonów efekt ten jest znacznie słabszy, co potwierdza selektywność metody.
Nawet bardzo niewielkie ilości jonów metali powodują wyraźną zmianę sygnału optycznego, co pozwala wykrywać zanieczyszczenia w stężeniach trudnych do uchwycenia innymi, prostymi metodami. Co ważne, działanie nowych cząsteczek zostało potwierdzone nie tylko w warunkach laboratoryjnych, ale także w rzeczywistych próbkach wody pobranych z rzek i jezior. Pokazuje to, że rozwiązanie ma potencjał wyjścia poza laboratorium i może być rozwijane w kierunku praktycznych testów środowiskowych.
Badania te są ważnym krokiem w kierunku użytkowego wykorzystania sumanenu. Pokazują, że odpowiednio zmodyfikowana cząsteczka, znana dotąd głównie z podręczników i artykułów naukowych, może stać się elementem narzędzi analitycznych służących społeczeństwu. Co więcej, struktura sumanenu daje duże możliwości dalszych modyfikacji, dzięki którym w przyszłości będzie można projektować czujniki „szyte na miarę” dla innych metali lub zanieczyszczeń.
To najlepszy przykład, jak badania podstawowe, pozornie oderwane od codziennych problemów, mogą stać się fundamentem nowych technologii. W tym przypadku prowadzą one wprost do rozwiązań, które mogą wspierać monitoring środowiska, kontrolę jakości wody i lepsze zarządzanie zasobami naturalnymi.
Źródło: Politechnika Warszawska
Czytaj też: Zbrojenia konstrukcji betonowych. Naukowcy badają możliwość zastąpienia stali
Grafika tytułowa: Engin Akyurt / Unsplash
