นักวิทยาศาสตร์ได้เปิดตัวเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงชนิดใหม่ที่สามารถตรวจจับสารหนูในน้ำดื่มได้แบบเรียลไทม์ โดยอยู่ในระดับที่ต่ำกว่าเกณฑ์ความปลอดภัยขององค์การอนามัยโลกมาก นวัตกรรมนี้จะช่วยให้ครัวเรือนทั่วโลกสามารถตรวจสอบความปลอดภัยของน้ำได้อย่างง่ายดาย และลดความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับการได้รับสารหนู
ทีมนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีอินเดียในเมืองกูวาฮาติได้พัฒนาเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงชนิดใหม่ ซึ่งเป็นวิธีการตรวจจับสารหนูในน้ำดื่มแบบเรียลไทม์ที่ง่ายดายแม้มีปริมาณน้อยมาก เทคโนโลยีนวัตกรรมนี้จะช่วยให้สามารถทดสอบสารหนูในครัวเรือนได้ ทำให้บุคคลทั่วไปสามารถตรวจสอบคุณภาพน้ำของตนเองได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
การปนเปื้อนของสารหนูก่อให้เกิดวิกฤตด้านสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของประชาชนที่สำคัญ ส่งผลกระทบต่อผู้คนนับล้านทั่วโลก โดยสารหนูจะซึมผ่านหินและดินลงในน้ำใต้ดินตามธรรมชาติ แต่ยังรุนแรงขึ้นจากกิจกรรมของมนุษย์ เช่น การทำเหมือง การกำจัดขยะอุตสาหกรรม และการใช้ยาฆ่าแมลงที่มีสารหนูเป็นส่วนประกอบ
Sunil Khijwania ศาสตราจารย์จากภาควิชาฟิสิกส์ที่ IIT Guwahati ผู้เขียนหลักกล่าวในวารสารว่า “การดื่มน้ำที่ปนเปื้อนสารหนูอาจนำไปสู่ปัญหาสุขภาพที่ร้ายแรง เช่น พิษจากสารหนูและมะเร็งผิวหนัง ปอด ไต และกระเพาะปัสสาวะ” ข่าวประชาสัมพันธ์“ด้วยการสร้างเซ็นเซอร์ที่มีความละเอียดอ่อน เลือกสรรได้ นำกลับมาใช้ใหม่ได้ และคุ้มต้นทุน เรามุ่งหวังที่จะตอบสนองความต้องการเครื่องมือที่เชื่อถือได้และใช้งานง่ายสำหรับการตรวจสอบตามปกติ ซึ่งช่วยปกป้องชุมชนจากความเสี่ยงของการสัมผัสสารหนู”
การตีพิมพ์ ในวารสาร Applied Optics ได้มีการศึกษารายละเอียดเกี่ยวกับเซ็นเซอร์ที่ใช้เส้นใยแก้วนำแสงและปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Localized Surface Plasmon Resonance ที่น่าทึ่งคือ เซ็นเซอร์นี้สามารถตรวจจับระดับสารหนูได้ต่ำถึง 0.09 ส่วนต่อพันล้านส่วน (ppb) ซึ่งต่ำกว่าค่าสูงสุดที่องค์การอนามัยโลกกำหนดไว้ที่ 111 ppb ถึง 10 เท่า
เครื่องมือที่ใช้งานง่ายสำหรับการใช้น้ำที่ปลอดภัยยิ่งขึ้น
วิธีการสเปกโตรสโคปีทั่วไปในการตรวจจับสารหนูถึงแม้จะมีความแม่นยำสูง แต่ก็ต้องใช้อุปกรณ์ที่ซับซ้อนและราคาแพงซึ่งใช้งานยุ่งยาก
เซ็นเซอร์ใหม่นี้ช่วยเติมเต็มช่องว่างสำคัญด้วยการประหยัดต้นทุนและใช้งานง่ายพอสำหรับการใช้งานประจำวัน ช่วยให้ตรวจสอบแบบเรียลไทม์ได้ และให้ผลลัพธ์ภายใน 0.5 วินาที
เพื่อพัฒนาเซ็นเซอร์นี้ นักวิจัยได้เคลือบแกนด้านในของเส้นใยแก้วนำแสงด้วยอนุภาคนาโนทองคำและนาโนคอมโพสิตเฉพาะของอะลูมิเนียมออกไซด์และกราฟีนออกไซด์ ซึ่งจะจับกับไอออนของสารหนูอย่างเลือกสรร
เมื่อแสงเดินทางผ่านใยแก้วนำแสง แสงจะทำปฏิกิริยากับอนุภาคนาโนทองคำ ทำให้เกิดการสั่นพ้องพลาสมอนบนพื้นผิว หากมีสารหนูอยู่ สารหนูจะจับกับนาโนคอมโพสิตของเซ็นเซอร์ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของความยาวคลื่นที่ตรวจจับได้
การทดสอบเซ็นเซอร์อย่างครอบคลุมเผยให้เห็นว่าเซ็นเซอร์สามารถตรวจจับสารหนูได้อย่างสม่ำเสมอและเชื่อถือได้ในความเข้มข้นต่างๆ โดยมีความละเอียดสูงสุดที่ ± 0.058 ppb โดยเซ็นเซอร์แสดงการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สำคัญในระหว่างการทดสอบหลายวัน และแสดงให้เห็นถึงความสอดคล้องอย่างมากกับการวัดจากสเปกโตรมิเตอร์มวลพลาสมาแบบเหนี่ยวนำ (ICP-MS) ซึ่งเป็นวิธีมาตรฐานสำหรับการตรวจจับสารหนู
การทดสอบตัวอย่างน้ำดื่มจริงจากสถานที่ต่างๆ ในเมืองกูวาฮาติ ประเทศอินเดีย ยืนยันถึงประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ของเซ็นเซอร์ในสภาวะแวดล้อมจริง
Khijwania กล่าวเสริมว่า “การสืบสวนเหล่านี้ได้พิสูจน์แล้วว่าเซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงที่เสนอมานั้นเป็นโซลูชันการตรวจจับสารหนูในสภาพจริงที่ไวต่อแสงสูง มีการเลือกสรรรวดเร็ว คุ้มต้นทุน ตรงไปตรงมา และง่ายดาย” “ในระยะยาว แนวทางใหม่นี้อาจได้รับการปรับเปลี่ยนเพื่อสร้างเครื่องมือตรวจสอบสิ่งแวดล้อมที่ราคาไม่แพงและเข้าถึงได้รุ่นใหม่”
อนาคตอนาคต
แม้ว่าเซ็นเซอร์จะพร้อมสำหรับการใช้งานในโลกแห่งความเป็นจริงแล้ว แต่ยังคงต้องมีการพัฒนาแหล่งกำเนิดแสงและเครื่องตรวจจับแบบราคาถูกกว่าและใช้งานง่ายกว่าเพื่อให้นำไปใช้อย่างแพร่หลาย
นักวิจัยหวังว่างานของพวกเขาจะนำไปสู่มาตรฐานใหม่ในการทดสอบคุณภาพน้ำ ซึ่งอาจช่วยชีวิตคนได้โดยป้องกันการสัมผัสกับสารหนู และทำให้แน่ใจได้ว่าน้ำดื่มจะปลอดภัยยิ่งขึ้นสำหรับชุมชนทั่วโลก