Wissenschaftler haben einen bahnbrechenden optischen Fasersensor entwickelt, der Arsen im Trinkwasser auf einem Niveau erkennt, das deutlich unterhalb der Sicherheitsgrenze der Weltgesundheitsorganisation liegt. Diese Innovation, vorgestellt von Forschern des Indian Institute of Technology Guwahati, ermöglicht eine Echtzeitüberwachung der Wasserqualität und befähigt Haushalte, ihre Gesundheit zu schützen.
Die Arsenkontamination stellt eine erhebliche Umwelt- und Gesundheitskrise dar, die Millionen weltweit betrifft. Es dringt natürlich in das Grundwasser ein, wird jedoch durch menschliche Aktivitäten wie Bergbau und Pestizideinsatz verschärft. Hauptautor Sunil Khijwania betonte die Dringlichkeit, die Arsenexposition anzugehen, und erklärte: "Der Konsum von arsenbelastetem Wasser kann zu schweren Gesundheitsproblemen führen, einschließlich Arsenvergiftung und Krebs der Haut, der Lunge, der Nieren und der Blase."
Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Applied Optics, beschreibt, wie der Sensor die lokale Oberflächenplasmonresonanz nutzt, um Arsen in Konzentrationen von bis zu 0,09 Teile pro Milliarde (ppb) zu erkennen, was weit über dem Grenzwert von 10 ppb der WHO liegt. Im Gegensatz zu herkömmlichen spektroskopischen Methoden, die komplexe und kostspielige Geräte erfordern, ist dieser Sensor für den routinemäßigen Einsatz konzipiert und liefert Ergebnisse in nur 0,5 Sekunden.
Zur Herstellung des Sensors beschichteten die Forscher den Kern einer optischen Faser mit Goldnanopartikeln und einem speziellen Nanokomposit aus Aluminiumoxid und Graphenoxid, das selektiv an Arsenionen bindet. Während das Licht durch die Faser reist, interagiert es mit diesen Nanopartikeln und ermöglicht die Erkennung von Arsen durch eine messbare Verschiebung der Wellenlänge.
Umfassende Tests bestätigten die Fähigkeit des Sensors, Arsen über verschiedene Konzentrationen hinweg zuverlässig zu erkennen, mit einer maximalen Auflösung von ± 0,058 ppb. Er zeigte eine konstante Leistung über mehrere Tage und stimmte eng mit den Ergebnissen der induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) überein, einer Referenzmethode zur Arsendetektion.
Tests an Trinkwasserproben aus verschiedenen Orten in Guwahati bestätigten die Zuverlässigkeit des Sensors. Khijwania bemerkte: "Diese Untersuchungen haben gezeigt, dass der vorgeschlagene optische Fasersensor eine hochsensible, selektive, schnelle, kostengünstige, unkomplizierte und einfache Lösung zur Arsendetektion in realen Bedingungen bietet."
Obwohl der Sensor bereit für praktische Anwendungen ist, sind weitere Fortschritte bei optischen Quellen und Detektoren notwendig, um eine breitere Akzeptanz zu ermöglichen. Das Forschungsteam sieht diese Technologie als Schritt zur Etablierung eines neuen Standards in der Wasserqualitätsprüfung, der potenziell Leben retten könnte, indem er Arsenexposition verhindert und sichereres Trinkwasser für Gemeinschaften weltweit gewährleistet.