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Nova técnica usa ondas sonoras para levitar gotas de água e detectar contaminação


Pesquisadores usam ondas sonoras para levitar gotas de água. Esse procedimento permite a água evaporar, o que concentra amostras para a detecção espectroscópica de metais pesados nocivos, como chumbo e mercúrio na água.

Método é capaz de identificar presença de metais como Bário, Cádmio e Mercúrio

Uma nova pesquisa mostrou que usar ondas sonoras para fazer levitar gotículas de água pode ajudar na detecção de contaminação por metais pesados, como Chumbo e Mercúrio. A detecção de pequenas quantidades de metais pesados na água é importante porque esses contaminantes são prejudiciais para a saúde humana e para o meio ambiente. A nova técnica pode, eventualmente, criar instrumentos que permitam monitorar localmente e em tempo real a presença de metais, o que poderia ajudar a prever futuros problemas de contaminação de chumbo ou detectar águas residuais contaminadas em locais industriais.

“Apesar da grande variedade de sensores de água que oferecem monitoramento contínuo, a detecção de múltiplos metais pesados dissolvidos em água apenas ocorre se forem enviadas pequenas amostras para análise em laboratórios especializados”, diz o diretor do grupo de pesquisa Victor Contreas, do Instituto de Ciências Físicas UNAM, no México. “Nossa nova técnica é um passo em direção ao desenvolvimento de uma abordagem de análise mais simples, que possa ser aplicada no local em tempo real. Este tipo de análise poderia ser usado na agricultura, por empresas farmacêuticas e de purificação de água e também de outros setores para monitorar os contaminantes presentes na água.”

Na revista Optics Letters, da Optical Society (OSA), os pesquisadores detalham a nova abordagem, que usa uma técnica sensível conhecida como espectroscopia de ruptura induzida por laser (LIBS, na sigla em inglês) que analisa metais pesados presentes nas gotas de água que levitam. Levitar as gotículas permite à água evaporar em uma posição controlada, o que aumenta a concentração de contaminantes em uma amostra e facilita a análise LIBS. Os pesquisadores mostraram que a nova técnica pode detectar de forma confiável, e em apenas alguns minutos, níveis muito baixos de metais pesados como Bário, Cádmio e Mercúrio.

Usando LIBS em líquidos

Os pesquisadores usaram a técnica LIBS porque ele é uma forma rápida e direta de identificar vários elementos simultaneamente. A LIBS mira um pulso de laser de alta energia na amostra, o que causa a vaporização do material e termina gerando um plasma. Como a luz emitida pelo plasma contém as “digitais” atômicas do material, é possível identificar os componentes químicos da amostra ao analisar a luz emitida.

Usar a análise LIBS em amostras sólidas é um processo simples. De fato, existem vários dispositivos portáteis disponíveis comercialmente para esse tipo de análise. No entanto, é difícil usar esse método para analisar diretamente os líquidos, porque o plasma formado no líquido esfria mais rápido e dura pouco tempo. Além disso, produzir plasma em uma superfície líquida espirra faz a água espirrar, o que afeta diretamente a leitura do espectroscópio.

Com amostras líquidas, criar um plasma que forneça um bom sinal para detecções químicas requer altos níveis de energia do laser. Energia tão alta só pode ser produzida por lasers grandes e não portáteis. Para contornar esse problema, as amostras líquidas são analisadas costumeiramente colocando-se uma gota em um substrato e esperando-se que seque, para que os elementos de interesse se concentrem na amostra. Embora depositar uma amostra em um substrato seja simples, o pulso de laser excita os átomos dos elementos da amostra, bem como os do substrato. Além disso, a evaporação da água poderia levar a uma distribuição não homogênea das impurezas do substrato, comprometendo a reprodutibilidade do sinal.

Ao invés de depositar gotas de água em um substrato, os pesquisadores usaram ondas sonoras intensas para levitar gotas de água. As ondas sonoras produzem uma força boa o suficiente para neutralizar a gravidade, permitindo que uma gota passe sem suporte no ar.

“A levitação acústica é um método simples e econômico para pré concentrar os elementos de interesse e evitar a contaminação da superfície do substrato,” diz Contreras. “Além disso, ele requer que a amostra tenha algum tipo de resposta elétrica ou magnética como outros métodos utilizados para alcançar a levitação”.

Analizando as gotículas

No artigo, os pesquisadores mostraram que usar ondas acústicas para levitar uma única gota de água permitiu a eles detectar concentrações muito pequenas de metais pesados. Por exemplo, eles detectaram 0,7 miligramas de Cádmio por litro e 0,2 miligramas de Bário por litro. Eles também mostraram que a técnica de levitação acústica utilizada é estável o suficiente para a análise LIBS.

“Essa tecnologia tem potencial para detectar simultaneamente metais pesados e outros elementos na água de uma forma rápida e economicamente viável”, diz Contreras. “Uma maquina de análise online baseada na nossa tecnologia poderia ajudar a prevenir desastres ambientais e contribuir para melhorar o controle da qualidade da água.”

Os pesquisadores agora estão trabalhando para melhorar a instrumentação. Por exemplo, eles querem optimizar o design mecânico da armadilha acústica para conseguir condições de levitação mais estáveis, o que irá melhorar a reprodutibilidade das leituras LIBS. Eles também querem aumentar a sensitividade ao levitar levemente gotas menores, que concentram ainda mais os contaminantes. Esse é um importante passo para miniaturizar o dispositivo, o que permitirá o uso de detectores menos sensíveis, porém mais compactos.

Optical Society

FONTE: SCIENTIFIC AMERICA BRASIL

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