I chimici dell'Università del Texas ad Austin hanno sviluppato un materiale che contiene la chiave per nuovi sensori veloci e portatili per un'ampia gamma di sostanze chimiche che in questo momento costano ingenti somme al governo e alle industrie da rilevare. L'innovazione potrebbe portare a importanti vantaggi per la salute pubblica, poiché ha il potenziale per ridurre drasticamente i costi associati alla pulizia delle fuoriuscite chimiche accidentali, bonifica di vecchi siti industriali, rilevamento della contaminazione radioattiva nell'acqua potabile, e l'utilizzo di dispositivi di imaging medico e di ricerca.

"Un'azienda con un impianto chimico abbandonato che ha barili di solventi non etichettati o un servizio pubblico preoccupato che la sua fornitura di acqua sia stata contaminata oggi deve affrontare un complicato processo di identificazione delle sostanze chimiche prima che possano iniziare la pulizia, " disse Simon Humphrey, professore associato di chimica che ha guidato la ricerca. "È costoso e può richiedere due o tre giorni. Ora possiamo farlo con un rapido, metodo in loco, e questa differenza potrebbe migliorare la salute delle persone e ridurre l'inquinamento in modo molto più efficiente".

Humphrey immagina astine di carta usa e getta rivestite con il nuovo materiale. Un utente ne immergerebbe uno in una sostanza non caratterizzata e lo infilerebbe in un lettore ultravioletto (UV). In base ai colori della luce emessa, il dispositivo indicherebbe quali componenti, come solventi organici, fluoruro, mercurio e metalli pesanti, sono nella sostanza.

Il materiale, chiamato PCM-22 e descritto in un articolo pubblicato oggi sulla rivista chimica , è un cristallo composto da ioni lantanidi e trifenilfosfina. Quando una sostanza chimica si lega al materiale e una luce UV lo colpisce, il materiale emette colori specifici della luce visibile. Ogni sostanza chimica produce una firma unica di colore e luminosità a otto fattori che può essere utilizzata per identificarla e quantificarla in un campione non caratterizzato.

Una volta che gli scienziati hanno calibrato il sensore su campioni noti per creare un catalogo di impronte digitali che può essere utilizzato per identificare i componenti di campioni non caratterizzati, i sensori ad astina di livello sarebbero relativamente semplici da produrre, ha detto Humphrey. Lui e UT Austin condividono brevetti congiunti sul materiale del sensore e sul processo di analisi dei risultati, e l'Office of Technology Commercialization di UT Austin ha già iniziato a lavorare per concedere in licenza la tecnologia alle aziende.

Un'altra caratteristica benefica del PCM-22 è che può distinguere tra due tipi di acqua:l'acqua normale (H2O) che sperimentiamo nella vita quotidiana e la cosiddetta acqua pesante (D2O), utilizzato nelle operazioni di imaging medico e di ricerca.

Con D2O, gli atomi di idrogeno sono sostituiti da atomi di deuterio, ma i due tipi di acqua sono notoriamente difficili da distinguere perché sembrano e, nella maggior parte dei casi, comportarsi allo stesso modo chimicamente. Normalmente richiede un test costoso con un sofisticato strumento di laboratorio chiamato spettrometro laser per distinguere i due.

Poiché il nuovo materiale rende più semplice la distinzione tra i due tipi di acqua, potrebbe diventare molto più facile per le agenzie governative rilevare la presenza di contaminazione radioattiva nell'acqua potabile o in altri corpi idrici come laghi e fiumi. Quando l'acqua normale interagisce con il materiale radioattivo, come l'uranio, parte di essa viene convertita in acqua pesante, livelli così elevati di acqua pesante danno un avviso precoce di contaminazione con materiale radioattivo.

La capacità di rilevare e quantificare rapidamente le due forme di acqua, a buon mercato e nel momento del bisogno aprirebbe anche la strada a immagini mediche e di ricerca più convenienti e affidabili, come la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR), che richiede acqua pesante per funzionare. Affinché l'NMR funzioni correttamente, quest'acqua pesante deve essere molto pura, ma è facilmente contaminato dall'acqua normale dall'umidità nell'atmosfera.

"Quando acquisti acqua pesante da un produttore, all'inizio è ultrapura, " disse Humphrey. "Ma non appena sviti la bottiglia, atomi di idrogeno dall'aria iniziano a scambiarsi con atomi di deuterio. Una settimana dopo, tutte le H sono state confuse con le D e rovinano efficacemente l'acqua pesante. È uno scambio che non puoi fermare".

Il nuovo materiale, che è abbastanza sensibile da rilevare concentrazioni di acqua ordinaria a partire da 10 parti per milione in una soluzione di acqua pesante, potrebbe rendere più economico e veloce verificare la purezza di questo importante reagente.