Aria polare e tè: l'invenzione della TUW rende misurabili gli inquinanti ambientali
Polveri sottili nell'aria o nanoparticelle nell'acqua: una nuova e sorprendente tecnologia della TU Wien (Vienna University of Technology) è in grado di rilevare quantità minime di un'ampia gamma di sostanze in un breve lasso di tempo
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Anni di lavoro hanno portato allo sviluppo di una nuova e insolita tecnica di misurazione presso la TU Wien: Nanomembrane e raggi infrarossi vengono utilizzati per rilevare minime quantità di sostanze diverse. Ora è stata dimostrata: La tecnologia è pronta per l'uso pratico e supera i metodi precedenti di ordini di grandezza sotto molti aspetti. È possibile rilevare inquinanti ambientali nell'ordine dei nanogrammi o dei picogrammi, ottenendo in pochi minuti risultati che in precedenza richiedevano giorni o settimane.
Questa tecnologia di misurazione è stata sviluppata e perfezionata negli ultimi anni alla TU Wien, in collaborazione con lo spin-off "Invisible-Light Labs", fondato dal Prof. Silvan Schmid insieme alla Dott.ssa Josiane P. Lafleur, al Dott. Niklas Luhmann e al Dott. Hajrudin Bešić. Il prodotto risultante, "EMILIETM", è ora disponibile in commercio e sono apparse le prime pubblicazioni scientifiche. L'équipe è stata in grado di dimostrare l'efficacia del nuovo metodo in due articoli scientifici: In "Science Advances", la tecnica è stata applicata agli aerosol nell'aria e in "ACS Nano" alle nanoparticelle nell'acqua - ad esempio, è stato possibile misurare i più piccoli residui di una bustina di nylon nel tè. "Ora abbiamo compiuto il passo decisivo: siamo stati in grado di dimostrare che il nostro metodo fornisce risultati eccellenti nell'uso pratico e significativamente migliori rispetto ad altri metodi".
La luce invisibile rende visibili molte cose
"In linea di principio, ora è possibile rilevare praticamente qualsiasi sostanza chimica in tracce minime", afferma Silvan Schmid, responsabile del team di ricerca. "Ad esempio, è possibile irradiare un campione con molte lunghezze d'onda diverse nella gamma degli infrarossi. Molecole diverse reagiscono a lunghezze d'onda diverse e questo permette di riconoscere quali molecole sono presenti nel campione".
Tuttavia, questo pone dei problemi: Per ottenere un segnale misurabile è necessaria una quantità sufficiente della sostanza ricercata. Altri componenti non interessanti del campione possono sovrapporsi al segnale che si sta cercando e renderlo invisibile, come il rumore di un martello pneumatico rende impercettibile il canto di un uccello.
Il trucco della nanomembrana
"Negli ultimi anni, tuttavia, abbiamo sviluppato un metodo di rilevamento che rende misurabili in modo affidabile quantità minime di sostanze", spiega Silvan Schmid. Le particelle che si accumulano su una minuscola membrana vengono analizzate. La membrana e le particelle vengono illuminate da un fascio di raggi infrarossi. Alcune lunghezze d'onda sono particolarmente assorbite dalle particelle, provocando un riscaldamento delle stesse e quindi della membrana. Questo fa sì che il comportamento delle vibrazioni cambi leggermente, come nel caso di un tamburo che suona in modo leggermente diverso a seconda della temperatura. Queste differenze possono essere misurate e utilizzate per identificare chimicamente piccole quantità di particelle.
Aria della Groenlandia e un nanolitro di tè
Per rilevare le minuscole particelle di polvere nell'aria, ad esempio, si usavano filtri speciali che spesso dovevano essere attraversati dall'aria per giorni o settimane, finché non si accumulava una quantità rilevabile di particelle. Con il trucco della membrana, è sufficiente un numero molto inferiore di particelle: il risultato si ottiene dopo soli 15-45 minuti. Questa riduzione di 100 volte dei tempi di campionamento consente di effettuare studi sul campo sulla composizione chimica degli aerosol atmosferici a costi contenuti, dai centri urbani alle regioni polari.
La professoressa Julia Schmale del Laboratorio di Ricerca sugli Ambienti Estremi (EERL) dell'EPFL in Svizzera ha potuto utilizzare il nuovo metodo per studiare gli aerosol delle regioni artiche e antartiche al fine di comprenderne l'influenza sul clima. I nuovi sensori sono così sensibili e allo stesso tempo così trasportabili che potrebbero essere lanciati su palloni aerostatici legati nelle regioni polari per analizzare la distribuzione verticale delle particelle d'aria e la loro composizione chimica.
"Grazie all'elevata sensibilità del nostro metodo, il team di Julia Schmale può analizzare la composizione chimica delle particelle con un'alta risoluzione temporale. In un certo senso, è ora possibile utilizzare palloni aerostatici per osservare come cambia la composizione chimica delle particelle di aerosol in periodi di tempo molto brevi e come si distribuiscono verticalmente sulla superficie terrestre e in quota, cosa che era praticamente impossibile con i metodi precedenti", spiega Josiane P. Lafleur, amministratore delegato di Invisible-Light Labs.
La tecnologia funziona perfettamente anche con i liquidi: il gruppo di Silvan Schmid della TU Wien ha analizzato 100 nanolitri di acqua di tè - circa un millesimo di goccia. E non solo sono stati in grado di trovare particelle di tè in questa minuscola quantità, ma sono stati anche in grado di rilevare residui di nylon dalla bustina di tè.
"Abbiamo dimostrato che il nostro metodo consente di fare un importante passo avanti nell'analisi ambientale", afferma Silvan Schmid. "In collaborazione con Invisible-Light Labs, vogliamo ora continuare a lavorare alla commercializzazione di questa tecnologia e speriamo di dare un contributo a una più efficace protezione dell'ambiente".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Mihnea Surdu, Radiance Calmer, Jelena Timarac-Popović, Tatjana Penn, Niklas Luhmann, Johannes Hiesberger, Veljko Vukićević, Erine Alvino Démolis, Lionel Favre, Berkay Dönmez, Hajrudin Bešić, Kostas Kanellopulos, Silvan Schmid, Josiane P. Lafleur, Satoshi Takahama, Julia Schmale; "Quantifying submicrometer atmospheric aerosol chemical composition using nanoelectromechanical Fourier transform infrared spectroscopy"; Science Advances, Volume 12
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