Un sensor óptico recientemente desarrollado ofrece un método sencillo y altamente sensible para la detección en tiempo real de niveles mínimos de arsénico en el agua, informa Optica. Esta innovadora tecnología puede facilitar la realización de análisis en los hogares, permitiendo a los particulares controlar fácilmente la calidad de su agua. La contaminación por arsénico es un problema medioambiental y de salud pública que afecta a millones de personas en todo el mundo. Se debe principalmente a procesos geológicos naturales que liberan arsénico de las rocas y el suelo a las aguas subterráneas. Además, actividades como la minería, la eliminación de residuos industriales y el uso de plaguicidas a base de arsénico pueden agravar el problema. “El consumo de agua contaminada con arsénico puede provocar graves problemas de salud, como envenenamiento por arsénico y cáncer de piel, pulmón, riñón y vejiga”, explica Sunil Khijwania, investigador principal del Instituto Indio de Tecnología de Guwahati. “Con la creación de un sensor sensible, selectivo, reutilizable y rentable, pretendemos dar respuesta a la necesidad de contar con una herramienta fiable y fácil de usar para el control rutinario, que ayude a proteger a las comunidades de los riesgos de la exposición al arsénico”. Los métodos tradicionales de detección de arsénico basados en espectroscopía, aunque altamente precisos, suelen requerir equipos sofisticados, costosos y voluminosos Publicada en la revista Applied Optics de Optica Publishing Group, la investigación detalla un sensor que utiliza una fibra óptica junto con resonancia de plasmón superficial localizada para detectar concentraciones de arsénico tan bajas como 0,09 partes por billón (ppb). Esta sensibilidad es 111 veces inferior al límite máximo permitido por la Organización Mundial de la Salud de 10 ppb. Además, el sensor demostró un rendimiento constante cuando se probó con muestras reales de agua potable de diversas fuentes. “Este sensor de alta sensibilidad permite realizar análisis en sólo 0,5 segundos y presenta un alto grado de reutilización, repetibilidad, estabilidad y fiabilidad, lo que lo convierte en una potente herramienta para controlar y garantizar la calidad del agua”, afirma Khijwania. “En el futuro, esta tecnología podría hacer mucho más fácil para la gente comprobar si su agua potable es segura, potencialmente salvando vidas al prevenir la exposición a niveles dañinos de arsénico”. Un sensor rentable y fácil de usar Un nuevo sensor de fibra óptica fácil de usar logra una detección sensible y en tiempo real de niveles extremadamente bajos de arsénico en el agua. Foto: Sunil Khijwania, Instituto Indio de Tecnología Guwahati. Los métodos tradicionales de detección de arsénico basados en espectroscopía, aunque altamente precisos, suelen requerir equipos sofisticados, costosos y voluminosos. Estas complejidades dificultan el monitoreo rutinario. Para cerrar esta brecha, los investigadores desarrollaron un sensor de fibra óptica que no solo ofrece alta sensibilidad, sino también asequibilidad y facilidad de uso para la detección diaria de arsénico en el agua potable. Para construir el sensor, los investigadores aplicaron una fina capa de nanopartículas de oro y un nanocompuesto único de óxido de aluminio y óxido de grafeno al núcleo interior de una fibra óptica. Este nanocompuesto se une selectivamente a los iones de arsénico. Una parte de la luz transmitida se extiende más allá del núcleo de la fibra debido a un efecto óptico conocido como onda evanescente. Al exponer esta onda al entorno, el sensor consigue detectar el arsénico mediante resonancia plasmónica superficial localizada, un fenómeno en el que los electrones de la superficie de la nanopartícula oscilan en respuesta a longitudes de onda de luz específicas. La presencia de arsénico provoca un desplazamiento medible de la longitud de onda de resonancia, lo que permite detectar con precisión incluso trazas en el agua. Los investigadores probaron rigurosamente el sensor con soluciones de iones de arsénico de distintas concentraciones. Los resultados confirmaron su fiabilidad y precisión en distintos niveles de contaminación. Tras una mayor optimización, las pruebas adicionales revelaron que el sensor detectaba arsénico incluso cuando las concentraciones fluctuaban de bajas a altas y viceversa. Y lo que es más impresionante, su tiempo de respuesta fue de sólo 0,5 segundos. El sensor demostró una resolución de ±0.058 ppb y mostró una variación mínima en pruebas repetidas durante un período de 18 días. Para verificar su precisión, los investigadores compararon sus mediciones con las obtenidas mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), un método ampliamente utilizado para el análisis de arsénico. El sensor de fibra óptica mostró una diferencia porcentual relativa inferior al 5%, lo que indica una fuerte correlación entre ambas técnicas. Las evaluaciones adicionales incluyeron pruebas con muestras de agua potable recogidas en diversas ubicaciones en Guwahati, India. Incluso en estas condiciones del mundo real, el sensor siguió proporcionando un rendimiento confiable. “Estas investigaciones establecieron que el sensor de fibra óptica propuesto ofrece una solución altamente sensible, selectiva, rápida, rentable, sencilla y fácil de usar para la detección de arsénico en condiciones reales de campo”, dijo Khijwania. “A largo plazo, este nuevo enfoque podría modificarse para crear una nueva generación de herramientas accesibles y asequibles para el monitoreo ambiental.” Si bien el sensor es totalmente capaz de detectar arsénico en aplicaciones del mundo real, los investigadores destacan la necesidad de una fuente y un detector ópticos más económicos y fáciles de usar para permitir una adopción más generalizada. Lee la noticia original en Smart Water Magazine.
Un sensor óptico recientemente desarrollado ofrece un método sencillo y altamente sensible para la detección en tiempo real de niveles mínimos de arsénico en el agua, informa Optica. Esta innovadora tecnología puede facilitar la realización de análisis en los hogares, permitiendo a los particulares controlar fácilmente la calidad de su agua.
La contaminación por arsénico es un problema medioambiental y de salud pública que afecta a millones de personas en todo el mundo. Se debe principalmente a procesos geológicos naturales que liberan arsénico de las rocas y el suelo a las aguas subterráneas. Además, actividades como la minería, la eliminación de residuos industriales y el uso de plaguicidas a base de arsénico pueden agravar el problema.
“El consumo de agua contaminada con arsénico puede provocar graves problemas de salud, como envenenamiento por arsénico y cáncer de piel, pulmón, riñón y vejiga”, explica Sunil Khijwania, investigador principal del Instituto Indio de Tecnología de Guwahati. “Con la creación de un sensor sensible, selectivo, reutilizable y rentable, pretendemos dar respuesta a la necesidad de contar con una herramienta fiable y fácil de usar para el control rutinario, que ayude a proteger a las comunidades de los riesgos de la exposición al arsénico”.
Los métodos tradicionales de detección de arsénico basados en espectroscopía, aunque altamente precisos, suelen requerir equipos sofisticados, costosos y voluminosos
Publicada en la revista Applied Optics de Optica Publishing Group, la investigación detalla un sensor que utiliza una fibra óptica junto con resonancia de plasmón superficial localizada para detectar concentraciones de arsénico tan bajas como 0,09 partes por billón (ppb). Esta sensibilidad es 111 veces inferior al límite máximo permitido por la Organización Mundial de la Salud de 10 ppb. Además, el sensor demostró un rendimiento constante cuando se probó con muestras reales de agua potable de diversas fuentes.
“Este sensor de alta sensibilidad permite realizar análisis en sólo 0,5 segundos y presenta un alto grado de reutilización, repetibilidad, estabilidad y fiabilidad, lo que lo convierte en una potente herramienta para controlar y garantizar la calidad del agua”, afirma Khijwania. “En el futuro, esta tecnología podría hacer mucho más fácil para la gente comprobar si su agua potable es segura, potencialmente salvando vidas al prevenir la exposición a niveles dañinos de arsénico”.
Un sensor rentable y fácil de usar
Un nuevo sensor de fibra óptica fácil de usar logra una detección sensible y en tiempo real de niveles extremadamente bajos de arsénico en el agua. Foto: Sunil Khijwania, Instituto Indio de Tecnología Guwahati.
Los métodos tradicionales de detección de arsénico basados en espectroscopía, aunque altamente precisos, suelen requerir equipos sofisticados, costosos y voluminosos. Estas complejidades dificultan el monitoreo rutinario. Para cerrar esta brecha, los investigadores desarrollaron un sensor de fibra óptica que no solo ofrece alta sensibilidad, sino también asequibilidad y facilidad de uso para la detección diaria de arsénico en el agua potable.
Para construir el sensor, los investigadores aplicaron una fina capa de nanopartículas de oro y un nanocompuesto único de óxido de aluminio y óxido de grafeno al núcleo interior de una fibra óptica. Este nanocompuesto se une selectivamente a los iones de arsénico. Una parte de la luz transmitida se extiende más allá del núcleo de la fibra debido a un efecto óptico conocido como onda evanescente. Al exponer esta onda al entorno, el sensor consigue detectar el arsénico mediante resonancia plasmónica superficial localizada, un fenómeno en el que los electrones de la superficie de la nanopartícula oscilan en respuesta a longitudes de onda de luz específicas. La presencia de arsénico provoca un desplazamiento medible de la longitud de onda de resonancia, lo que permite detectar con precisión incluso trazas en el agua.
Los investigadores probaron rigurosamente el sensor con soluciones de iones de arsénico de distintas concentraciones. Los resultados confirmaron su fiabilidad y precisión en distintos niveles de contaminación. Tras una mayor optimización, las pruebas adicionales revelaron que el sensor detectaba arsénico incluso cuando las concentraciones fluctuaban de bajas a altas y viceversa. Y lo que es más impresionante, su tiempo de respuesta fue de sólo 0,5 segundos.
El sensor demostró una resolución de ±0.058 ppb y mostró una variación mínima en pruebas repetidas durante un período de 18 días. Para verificar su precisión, los investigadores compararon sus mediciones con las obtenidas mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), un método ampliamente utilizado para el análisis de arsénico. El sensor de fibra óptica mostró una diferencia porcentual relativa inferior al 5%, lo que indica una fuerte correlación entre ambas técnicas.
Las evaluaciones adicionales incluyeron pruebas con muestras de agua potable recogidas en diversas ubicaciones en Guwahati, India. Incluso en estas condiciones del mundo real, el sensor siguió proporcionando un rendimiento confiable.
“Estas investigaciones establecieron que el sensor de fibra óptica propuesto ofrece una solución altamente sensible, selectiva, rápida, rentable, sencilla y fácil de usar para la detección de arsénico en condiciones reales de campo”, dijo Khijwania. “A largo plazo, este nuevo enfoque podría modificarse para crear una nueva generación de herramientas accesibles y asequibles para el monitoreo ambiental.”
Si bien el sensor es totalmente capaz de detectar arsénico en aplicaciones del mundo real, los investigadores destacan la necesidad de una fuente y un detector ópticos más económicos y fáciles de usar para permitir una adopción más generalizada.
