Giovedì, 31 Ottobre 2013 13:18

Rivelazione di sostanze inquinanti in acque potabili attraverso guide d’onda a getto

guida a getto

Un getto d’acqua che, oltre ad essere la sostanza da analizzare, diventa una guida d’onda per la rilevazione di sostanze inquinanti. E’ quanto è stato progettato e realizzato da un gruppo di ricercatori dell’IREA. Il gruppo, composto da Gianluca Persichetti e Genni Testa e guidato da Romeo Bernini, ha sviluppato un sensore optofluidico che elimina completamente la presenza di strutture solide in cui inglobare le guide d’onda di contenimento della soluzione da esaminare.
 
I tipici rivelatori microfuidici per il monitoraggio della qualitĂ  dell’acqua si basano sulla proprietĂ  fluorescente degli inquinanti. Quando si illuminano i campioni d’acqua con luce ultravioletta, infatti, le sostanze organiche e i batteri eventualmente presenti in essa assorbono la luce UV e la riemettono come luce di diversa lunghezza d'onda. Tuttavia, uno dei maggiori limiti di tali dispositivi è determinato dal fatto che viene fatto uso di guide d’onda, utilizzate per raccogliere la luce di fluorescenza, che sono completamente immerse all’interno di una struttura solida. Le superfici di tali strutture causano la diffusione della luce di eccitazione ostacolando la rivelazione di sostanze inquinanti.
 
Grazie alla nuova tecnica messa a punto dai ricercatori dell’IREA, invece, i campioni d’acqua da analizzare vengono iniettati in un ago producendo un getto d’acqua il cui diametro è inferiore al millimetro. Illuminando in direzione ortogonale il getto d’acqua mediante radiazione UV, la luce fluorescente prodotta dalle sostanze inquinanti resta intrappolata all’interno del getto, per il fenomeno della riflessione interna totale (TIR), e convogliata poi ad una comune fibra ottica che trasporta il segnale ad un rivelatore.
 
I sensori optofluidici basati su guide d’onda a getto, progettati e interamente realizzati dai ricercatori dell’IREA, hanno permesso la rivelazione a bassissime concentrazioni di numerose sostanze inquinanti, come idrocarburi aromatici (Benzene, Toluene, Xilene e Naftelene, pericolose sostanze chimiche cancerogene) e di batteri, come il Bacillus Subtilis (noto come simulante dell’antrace) o la Microcystis Aeruginosa (legata a fenomeni di eutrofizzazione delle acque). Il dispositivo si è dimostrato dunque estremamente sensibile, in grado di rivelare livelli di sostanze inquinanti ancora più bassi rispetto a quelli consentiti dalla Environmental Protection Agency (EPA).
 
Il dispositivo a guida d’onda a getto, realizzato nell’ambito del progetto di ricerca ACQUASENSE e delle attivitĂ  di ricerca dell'IREA sui sensori ottici e optofluidici integrati, non richiede alcun pretrattamento del campione da analizzare e può essere facilmente innestato nelle normali tubature dell’acqua. L’estrema economicitĂ  e compattezza del dispositivo rendono idoneo l’utilizzo di tale sensore in sistemi di early warning per il monitoraggio della qualitĂ  dell’acqua.
 
L’interesse suscitato dal risultato della ricerca è dimostrato dall’essere stato selezionato per le news dell’Optical Society of America (OSA).
 
Studi preliminari sulla fattibilitĂ  di utilizzo di sensori microfluidici basati su guide d’onda a getto sono stati pubblicati sulla rivista Optics Letters (http://dx.doi.org/10.1364/OL.37.005115), mentre l’utilizzo di tali sensori in spettroscopia di liquidi e nella rivelazione di tracce di inquinanti nell’acqua potabile sono stati pubblicati sulla rivista Optics Express (http://dx.doi.org/10.1364/OE.21.024219). 
 
 
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