Un diagramma del prototipo del dispositivo SION-105:una fiala contenente una sospensione luminescente rossa di cristalli SION-105 è posta all'interno del dispositivo. Quando due gocce di campione d'acqua vengono aggiunte alla fiala, i cambiamenti risultanti nella luminosità di SION-105 sono misurati dal fotodiodo, e convertita istantaneamente in una lettura quantitativa accurata della concentrazione di fluoro nel campione. L'inserto è uno schema di come la luminescenza viene spenta a livello molecolare. Credito:Mish Ebrahim
L'aggiunta di fluoro all'acqua è una pratica comune in diversi paesi, compresi gli Stati Uniti, Australia, Brasile, Malaysia, India e Vietnam. A basse concentrazioni (inferiori a 1,5 mg/L), può prevenire la carie e persino rafforzare le ossa, ma livelli superiori possono avere l'effetto opposto, causando gravi malattie dentali e ossee, soprattutto nei bambini e nei feti in via di sviluppo.
Per tenere le cose sotto controllo, l'OMS ha fissato 1,5 mg/L come limite massimo per il fluoro nell'acqua potabile. "Per determinare se l'acqua potabile è sicura, dobbiamo rilevare il fluoro nell'acqua a livello di parti per milione (ppm), " afferma Kyriakos Stylianou del Laboratorio di simulazione molecolare dell'EPFL Valais Wallis. "Da uno a 1,5 ppm fa bene ai denti, ma in molti paesi le sorgenti d'acqua hanno concentrazioni superiori a 2 ppm, che può causare gravi problemi di salute".
Ma misurare il fluoro a concentrazioni così basse con una precisione sufficiente è costoso e richiede un laboratorio chimico ben attrezzato. A causa di ciò, la contaminazione da fluoro nell'acqua colpisce oggi un certo numero di paesi in via di sviluppo, e persino parti di paesi sviluppati.
Guidati da Stylianou, un team di scienziati ha ora costruito un dispositivo in grado di misurare con precisione le concentrazioni di fluoruro utilizzando solo poche gocce d'acqua, anche con una contaminazione di basso livello, determinando un semplice cambiamento nella luminosità del colore. Pubblicato in Giornale della Società Chimica Americana ( JACS ), il dispositivo si chiama SION-105. è portatile, notevolmente più economico dei metodi attuali, e può essere utilizzato in loco praticamente da chiunque.
Una fotografia di SION-105 sospesa in solventi con (L) e senza (R) contaminazione da ioni fluoruro. Credito:Mish Ebrahim (EPFL)
La chiave del dispositivo è la progettazione di un nuovo materiale che gli scienziati hanno sintetizzato (e da cui prende il nome il dispositivo). Il materiale appartiene alla famiglia delle "strutture metallo-organiche" (MOF), composti costituiti da uno ione metallico (o un cluster di ioni metallici) connesso a ligandi organici, formando così uno-, Due-, o strutture tridimensionali. Per la loro versatilità strutturale, I MOF possono essere utilizzati in un elenco sempre crescente di applicazioni, compresa la separazione dei prodotti petrolchimici, acqua disintossicante, e ricavarne idrogeno o addirittura oro.
SION-105 è luminescente per impostazione predefinita, ma si scurisce quando incontra ioni fluoruro. "Aggiungi qualche goccia d'acqua e monitorando il cambio di colore del MOF, possiamo determinare se è sicuro bere l'acqua o no, " spiega Mish Ebrahim, il primo autore dell'articolo. "Ora si può fare in loco, senza alcuna competenza chimica."
I ricercatori hanno utilizzato il dispositivo per determinare il contenuto di fluoro nei campioni di acque sotterranee del Vietnam, gli Emirati Arabi Uniti, e Arabia Saudita. I dati corrispondevano molto bene rispetto alle misurazioni effettuate mediante cromatografia ionica, un metodo standard per misurare la concentrazione di fluoro nell'acqua.
Il prototipo del dispositivo utilizzato con SION-105 per rilevare anioni fluoruro nell'acqua potabile. Credito:Marie-Thé e Etienne Roux
"Questo confronto mette in mostra le prestazioni e l'affidabilità di SION-105, quale, insieme alla portabilità e facilità d'uso del dispositivo, lo rendono una soluzione molto user-friendly per il campionamento dell'acqua in aree remote dove il monitoraggio frequente della concentrazione di fluoro è fondamentale, "dice Stilianou.
