Riconoscere i metalli pesanti nel suolo e nell'acqua: nuovo metodo di analisi in loco

Non tutto l'arsenico è uguale

L'arsenico è un pericoloso metallo pesante che si trova nel suolo e nell'acqua. Oltre alla quantità, la tossicità dipende fortemente dalla forma chimica in cui l'arsenico è presente. I ricercatori devono quindi distinguere con precisione se si tratta di arsenico(III) o arsenico(V). "Queste due forme si comportano in modo completamente diverso nell'ambiente e hanno anche effetti diversi sulla salute. Finora, tuttavia, le misurazioni a questo livello sono state molto costose e complicate", spiega il Prof. Dr. Thomas Zentgraf del Dipartimento di Fisica dell'Università di Paderborn.

Attualmente, per rilevare tracce di arsenico si utilizza generalmente il cosiddetto metodo SERS (SERS = "Surface-Enhanced Raman Scattering"). Si tratta di una tecnica analitica altamente sensibile che combina la spettroscopia Raman convenzionale con superfici metalliche nanostrutturate. Questo amplifica il segnale Raman delle molecole di un milione di volte, in modo da poter identificare chiaramente anche le più piccole tracce di sostanze chimiche o biologiche. Tuttavia, il metodo è preceduto da complessi processi di produzione che spesso richiedono macchine speciali e materiali costosi. Inoltre, per funzionare in modo affidabile, i sensori devono spesso essere trattati con sostanze chimiche. "L'analisi dei dati richiede spesso computer potenti e dispositivi di misura costosi che non possono essere utilizzati in loco", aggiunge il Prof. Zentgraf.

Veloce, economico e utilizzabile in loco

I ricercatori hanno sviluppato una nuova soluzione. Utilizzano una struttura speciale, la "piattaforma nanogap hole-sphere". Utilizzano nanoparticelle d'oro che si dispongono in modo indipendente su una superficie d'oro. Quindi trattano la superficie con il calore e la incidono leggermente. Questo passaggio sostituisce la complicata litografia, cioè la strutturazione mediante esposizione alla luce. Il risultato è una piattaforma che funziona in modo estremamente affidabile. I ricercatori hanno dimostrato che i risultati delle misurazioni non subiscono praticamente fluttuazioni. Il metodo amplifica il segnale luminoso di un fattore pari a 100 milioni. Ciò significa che anche le più piccole quantità di arsenico sono chiaramente visibili. Poiché la struttura è interamente in metallo, nessun altro segnale proveniente dal materiale interferisce con la misurazione. Questo rende i risultati molto affidabili.

Il vantaggio principale del nuovo metodo è la sua semplicità. Non richiede macchine costose o sostanze chimiche speciali. La piattaforma funziona in modo affidabile anche se i dispositivi di misura non sono della massima precisione. Ad esempio, i ricercatori hanno dimostrato di poter riconoscere le varianti di arsenico anche con semplici filtri o smartphone. Questo rende il metodo ideale per l'uso sul campo, ad esempio nei cantieri edili o in agricoltura.