Nuevo y potente sustrato SERS para la detección de iones de metales pesados

Nuevo y potente sustrato SERS para la detección de iones de metales pesados


Un estudio publicado recientemente en la revista Ciencia de los materiales en el procesamiento de semiconductores describe un método eficaz para construir nuevos sustratos de dispersión Raman mejorada en la superficie (SERS) basados ​​en nanotubos de carbono de pared simple funcionalizados (SWCNT) para la detección de iones de metales pesados.

Nuevo y potente sustrato SERS para la detección de iones de metales pesados

Estudio: las nanopartículas de ZnO funcionalizaron SWCNT como sustrato SERS altamente sensible para la detección de iones de metales pesados. Crédito: Rattiya Thongdumhyu/Shutterstock.com

Plomo (Pb): un contaminante de metal pesado tóxico

Debido al rápido desarrollo de la tecnología, nuestro ecosistema se está contaminando cada vez más, lo que genera problemas importantes en el desarrollo de un entorno verde. Los iones de metales pesados ​​derivados de desechos industriales, médicos y agrícolas son, con mucho, los contaminantes ambientales más peligrosos. Esto se debe a la facilidad con la que estos iones metálicos se combinan en el agua, la tierra y el aire.

El plomo (Pb) es un ion de metal pesado muy peligroso que causa importantes problemas de salud humana a través del sistema alimentario y del agua potable. Los iones de metal Pb no son biodegradables y pequeñas cantidades de Pb pueden causar daños graves a las funciones y componentes del cuerpo humano debido a la acumulación a largo plazo.

Como resultado, existe una creciente necesidad de desarrollar tecnologías nuevas y adecuadas para el monitoreo sensible de Pb.2+ iones

Nuevas técnicas de espectroscopia para la detección de plomo

Se han establecido varios métodos espectroscópicos para la detección eficiente de iones de metales pesados, incluida la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), la espectroscopia de fluorescencia y la espectroscopia ultravioleta (UV). La principal necesidad, sin embargo, es la monitorización rápida y extremadamente sensible de los iones de metales pesados ​​en concentraciones relativamente bajas.

La dispersión Raman mejorada en la superficie (SERS) ahora se reconoce como uno de los métodos espectroscópicos en evolución más sensibles. Es vital en los estudios ambientales, ya que produce impresiones espectroscópicas vibratorias para ciertos solutos, como los contaminantes de metales pesados.

SERS es una tecnología sensible a la superficie que mejora la dispersión Raman al adsorber moléculas en superficies metálicas rugosas cuidadosamente formuladas. La gran ventaja de este enfoque es que puede detectar partículas en concentraciones muy bajas, incluso a nivel de una sola molécula. La espectroscopia Raman genera una señal tan pronto como una sola molécula de sustancia entra en contacto con el medio.

Nanomateriales plasmónicos como SWCNT como sensores basados ​​en SERS

A menudo se utilizan diferentes tipos de nanopartículas plasmónicas en el desarrollo de detectores basados ​​en SERS. Las nanopartículas plasmónicas exhiben oscilaciones plasmónicas agregadas de electrones conductores a través de resonancia en la región visible o del infrarrojo cercano (IR). La sensibilidad óptica de estos nanomateriales se puede modificar modificando su tamaño, estructura y contenido desde UV hasta visible e IR.

Las nanopartículas basadas en carbono, como los nanotubos de carbono (CNT) y el grafeno de una sola capa, son futuros potenciadores de plasmones de interfaz que llevarán la detección basada en SERS a un nuevo nivel. Debido a su gran área de superficie, sensibilidad química robusta, durabilidad a largo plazo y dispersión de luz intensa, los nanotubos de carbono de pared simple tienen excelentes capacidades de detección.

Nuevos SWCNT basados ​​en nanopartículas de ZnO para la detección de plomo

En este estudio, los investigadores crearon un sustrato de sensor flexible mediante la funcionalización de SWCNT con nanopartículas de ZnO para el monitoreo de Pb altamente sensible.2+ Iones en medios acuáticos. Los sustratos fabricados se caracterizaron utilizando múltiples métodos, como el microscopio electrónico de barrido de emisión de campo (FESEM), la difracción de rayos X (XRD) y la espectrometría Raman.

Los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) se fabricaron a bajas temperaturas utilizando el método de deposición química de vapor mejorada con plasma (PECVD). Luego, la interfaz de los SWCNT se sintetizó y caracterizó con nanopartículas de óxido de zinc (ZnO NP) por evaporación térmica para producir un [email protected] Película de nanocompuestos como sustrato SERS.

Conclusiones clave del estudio

El sustrato SERS presentado, [email protected] Se ha demostrado que los SWCNT tienen una gran precisión y sensibilidad para la detección de Pb2+ iones, con un límite inferior de detección de 0,225 nM y larga durabilidad y reproducibilidad. La existencia de NP de ZnO, que mejoran los campos eléctricos locales, conduce a esta alta sensibilidad.

Más importante aún, el sustrato SERS es extremadamente sensible y estable. [email protected] puede proporcionar una base diversa para monitorear iones metálicos en una solución acuática. El análisis de estabilidad y repetibilidad del sustrato SERS reveló que las lecturas de intensidad Raman en el Pb son repetibles2+ solución de iones metálicos.

Se espera que la creación de este desafiante sustrato SERS allane el camino para un nuevo sector de investigación dedicado a descubrir soluciones para un ecosistema verde y sostenible.

Relación

Parveen, S. et al. (2022). Las nanopartículas de ZnO funcionalizaron SWCNT como sustratos SERS altamente sensibles para la detección de iones de metales pesados. Ciencia de los materiales en el procesamiento de semiconductores. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369800122003900?via%3Dihub

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