מי קרקע הוא המקור העיקרי של שתיית מים כמעט מחצית מאוכלוסיית העולם, אך הוא נותר פגיע לזיהום מפריאות תעשייתיות, מפלט חקלאי, דליפות מיכלי אחסון תת-קרקעיים, וסילוק פסולת לא תקין.ממזהמים אורגניים - החל מחומרי הדברה וגילויים תעשייתיים ועד לאבחון תרופות ופחמימנים מתקדמים - יכולים להימשך בקוויפרות במשך עשרות שנים, תוך גרימת סיכונים בריאותיים מסורתיים ונזקים אקולוגיים, לעתים קרובות, תוך כדי שינוי יעיל של שיטות בקרה ומהירות מדויקת, כדי שינוי, כדי שינוי יעיל של מערכת ההפעלה, ומניעה של מערכת ההפעלה, וטכנולוגיות סביבתית דלק, כדי שינוי, כדי זיהוי.

מגבלות של גישות זיהוי האמנה

במשך עשרות שנים, סוכנויות סביבתיות התבססו על כרומוזומטוגרפיה גז בשילוב עם ספקטרומטריה המונית (GC-MS) ו- ביצועים גבוהים של חומרים נוזליים (HPLC) כסטנדרט הזהב לניתוח זיהום אורגני.טכניקות אלה לספק ספציפי ורגישות יוצאת דופן, לעתים קרובות לזהות תרכובות אנאליות ברמות של ניתוח מים בקנה מידה רחב.

טכנולוגיות מבוססות חיישן

המינירטוט של רכיבים אלקטרוניים והתקדמות nanomaterials דחק בפיתוח של חיישנים כימיים עמידים שדה שיכולים לזהות contaminants אורגני באתר בתוך דקות.חיישנים אלה להמיר אינטראקציה כימית לתוך אות חשמלי, אופטי או אקוסטי, המאפשר לכמת ללא כימיה רטובה מורכבת.

חיישן אלקטרו-כימי עם ננואלקינגס

חיישני אלקטרוכימי פועלים על ידי מדידה של שינויים בהווה, פוטנציאל או עכב כאשר מולקולה מטרה נקשרת משטח אלקטרודה פונקציונלי.חדשנים חדשים מעסיקים צינורות פחמן, גרפן, ומסגרות אורגניות מתכת (MOFs) כמו אלקטרודה מודולים טכנאים מופעלים היטב.לדוגמה, חיישן מבוסס גרפן משתנה עם $ ממולאים מולקולריים יכול לבצע באופן סלקטיבי זיהוי משותף של חומרים מעבדה - רק כדי להשיג כמה שיותר מדידות של נתונים של נתונים של נתונים של נתונים סטטיסטיים על פני השטח.

חיישן סיבים אופטיים

גישה מבטיחה נוספת משתמשת סיבים אופטיים המצופה עם שכבות רגישות שמשנות את המדד השביר שלהם או פלואורסנס על ידי הקצאה עם חומרים אורגניים. Surface plasmon resonance (SPR) סיבים יכולים לזהות פחמימנים ארומטיים פוליציקליים (PAHs) ו-פוליצ'ור קבוע על ידי ניטור של מחזורי מחזורי (PCatt) על ידי ניטור בזווית resonance.

המונחים: biosensors

חיישנים אימפולסיביים מודדים שינויים במניעה חשמלית הנגרמת על ידי אלמנטים של הכרה ביולוגית כגון נוגדנים, אנזימים או DNA aptamers immobilized על אלקטרודה. כאשר מולקולה היעד נקשר, זה משנה את ההתנגדות העברת המטען בממשק אלקטרודה אלקטרודה אלקטרו-מי משתמש לאחרונה בקווים מנחים של מים אטומיים-לטרה-תפקודי בלבד, כאשר אלקטרודה אלקטרודה פחמן מודפסת של פחמן-פח, כדי לזהות מיקרו-חמצני-חמצני, אשר דורש רק 20 דקות.

גילויים אופטיים ואופטימיים

שיטות ספציפיות של ספקטרוסקופיות לזהות contaminants על ידי ניתוח כיצד האור אינטראקציה עם הדגימה.חדשנות בכלי נייד הביאו טכניקות רבות עוצמה אלה מחוץ למעבדה ונכנסו לתחום.

חליל-הצה"ל ראומן (SERS)

ראמן spectroscopy מספק טביעת אצבע מולקולרית על ידי מדידה אור מפוזר באופן בלתי חוקי.עם זאת, האות הוא חלש מטבעו. SERS להתגבר על זה על ידי מודעות מדבקת משטח מתכת nanostructured, בדרך כלל כסף או זהב, אשר מדגימה את האות Raman על ידי גורמים של עד 10 מיליארד. Handned SERS לנתח הם עכשיו זמין מסחרית יכול לזהות חומרי הדברה כגון chrifons, 000 ישירות על פני כדור הארץ, 000 של 20 אינץ 's באופן ישיר, 000 של חומרים מ"לומיים בתוך 20 אינץ ' â € â € â € ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ â ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢ ¢

Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy with ATR אביזרים

הצצה כוללת מורחבת (ATR) FTIR spectroscopy מאפשר ניתוח ישיר של דגימות aqueous ללא צורך מיצוי סלנט. FTIR spectrometers לשקול פחות מ 10 פאונד ויכול לזהות קבוצות פונקציונליות אורגניות כגון פחמן, טבעות ארומטיות, ו aliphatic hydros. בעוד פחות רגישה GC-MS עבור ניתוח, AFT-Mos עבור הצצה של שמן פחמן, כמו קומפקטית פחמן דו-חמצני, כמו קומפקטית פחמן, כמו FT או דליפה תעשייתית.

Fluorescence Spectroscopy Using Exציטוט-Emission Matrices (EEMs)

רבים של חומרים אורגניים, כולל חומצות לחות, פוליציקלי אלומיניום ארומטי, ותרופות מסוימות, באופן טבעי פלואורסצ'ה. EEM פלואוסטרוסקופיה אוספת ספקטרום תלת-ממדי של עוצמת פלואורנטית של פלואורנטיה לאורך טווח של אלגוריתמים חשמליים ופליטה, אשר מייצרים "טביעה אצבע" ייחודי לכל מדגם.

אסטרטגיות זיהוי ביולוגי: bioreporters ו Bioassays

זיהוי ביולוגי ממינוף אורגניזמים חיים או רכיבים שלהם כדי לחוש contaminants באמצעות הסתגלות אבולוציונית.מערכות אלה יכולות לדווח על זמינות ביולוגית והרעלת, לא רק ריכוז מוחלט - יתרון מרכזי להערכת סיכונים.

ארכיון תגיות: Whole-Cell Bacterial Bioreporters

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

« אלקטרוניקה חופשית

כדי להתגבר על האתגרים הלוגיסטיים של תאים חיים, החוקרים פיתחו מערכות רנסאנסל ללא תאים (TXTL) . אלה תמציתיים מוכפלת מכילים את כל המכונות המולקולריות הדרושות לביטוי גנים, אך הם לא פעילים עד hydrated עם דגימת המים. כאשר contaminant נקשר לדלקת ריאות מעוצבת או aptamer, זה גורם לביטוי של חלבון המיוצר ב- Arkbernbnb, כלומר, לא ניתן לזהות 30 חודשים יציבים.

טרנדים מבוססי אימונוסאות

מאוחר יותר זרימת אימונוקסיס (LFIAs), בדומה לבדיקות הריון, כבר בשימוש נרחב עבור בדיקת חומרי הדברה במזון. מותאם למים קרקעיים, בדיקות פס אלה משתמשות נוגדנים ספציפיים לתרכובת מטרה, המוצמדים למונו חלקיקים זהב או לגילויי פלואורסנט. A טיפות מים מוחלות על רצועת, ושורה צבעונית מופיעה אם ה- contaminant הוא נוכח מעל ל-pexits במהירות של כמה שיטות מעבדה ל-Ax.

פלטפורמות ניטור משולבות ו-Data Fusion

הכוח האמיתי של שיטות חדשניות אלה עולה כאשר הם משולבים לתוך פלטפורמות ניטור משולב.לדוגמה, ניטור מים קרקע ניתן מצויד עם מערך של חיישנים - אלקטרונים, SERS, ו פלורסנט - לצד מודול ביו-רגולן נתונים מניתוח נתונים מתפתח כל חיישן ממוזג גם באמצעות אלגוריתמי למידת מכונה כדי לייצר הערכה רבת-פרויקט של זיהום.

אתגרים לאימוץ נרחב

למרות ההבטחה שלהם, שיטות זיהוי חדשניות להתמודד עם כמה מכשולים לפני שהם יכולים להחליף פרוטוקולים מבוססים (FLT:0) regulatory קבלה FLT:1 הוא מחסום גדול: רוב סוכנויות סביבתיות דורשות עמידה בשיטות סטנדרטיות (למשל, שיטת EPA 8260 עבור תרכובות אורגניות תנודתיות) עבור פעולות אכיפה.

כיוונים עתידיים וקרנות מחקר

מחקר מתמשך מטפל באתגרים אלה באמצעות חומרים מדע, ניתוח נתונים ומעורבות רגולטורית. משטחים של חיישן ניקוי עצמי המצופה עם photocatalysts יכול למנוע ביו-fouling טכניקות למידה פדרated לאפשר מודלים להיות מאומן על פני שלבים מרובים חיישן ללא שיתוף נתונים גולמי, שיפור דיוק תוך הבטחת פרטיות נתונים.הארגון הבינלאומי לתקינה (ISO) הוא פיתוח מפרט טכני חדש עבור מערכות שדה-סוי, אשר עשוי מיפוי מוקדם של כלי רכב חשמליים, בנוסף, כולל כלי רכב חסומים חשמליים.

עוד שדרה מרגשת היא השימוש של למידת מכונה כדי לחזות נקודות חמות מבוססות על נתוני חיישן היסטוריים ודפוסי שימוש בקרקע.ה-FLT:0US Geological SurveyofLT:1 השיקה תוכנית פיילוט המשלבת SERS ו- bioreporter נתונים עם למידה עמוקה כדי לחזות את התפשטות של כלור פותרים בעמק הנהר מיסיסיפי כל תוצאה מוקדמת.

המלצות מעשיות למנהלי מים

עבור ארגונים שוקלים לאמץ טכנולוגיות אלה, גישה שלב מומלץ להתחיל על ידי זיהוי של contaminants ומטרות ניטור - בין אם למעקב שגרתי, תגובה חירום, או תאימות רגולטורית. שדה מעיד על מספר קטן של SERS או חיישנים אלקטרוכימיים לצד sampling המסורתית כדי לבנות סט נתונים השוואתי. השתמש בנתונים ההקרנה מהירה כדי להתאים את פריסת ניתוחים מעבדה מאשר, ובכך להפחית עלויות בדיקה כללית עם ספקים מקצועיים או ניהוליים.

מחקר מקרה: תוכנית ניטור והערכה של קליפורניה (GAMA)

תכנית GAMA, המנוהלת על ידי מועצת בקרת משאבי המים של קליפורניה, נמצאת בחזית שילוב שיטות חדשניות.ב-2022, התוכנית הציגה מנתחים SERS עבור זיהוי באתר של 1,2,3-trichloropane, ידוע carcinogen נמצא ברבות קליפורניה, מעל 2,000 דגימות נרשמו בשדה, מתוכם רק 15% נדרשים לאשר ניתוח GCS-MS, ירידה של 2 שבועות זמין כעת ל- 1F רגיל כדי לשלב נתונים סטנדרטיים של 2, 000 שעות.

מסקנות

הנוף של גילוי מים אורגני של קרקעיים משתנה במהירות. חיישנים ניידים, ספקטרוסקופיה מתקדמת, וכתבים ביולוגיים כבר לא מתאמצים מעבדה אבל כלים מעשיים שיכולים להשלים או אפילו להחליף שיטות מסורתיות עבור יישומים ספציפיים, בעוד אתגרים נשארים - במיוחד סביב אימות, קבלה רגולטורית, שדרוג תפעולי - היתרונות במהירות, עלות, וכיסוי מרחבי הם משכנעים.