Новости химической науки > Камера смартфона определит мышьяк в воде

Ученые из Великобритании создали работающую на смартфоне систему, позволяющую людям избежать потребления воды, загрязненной мышьяком [1]. Камера смартфона измеряет флуоресценцию квантовых точек, вызванную присутствием мышьяка, позволяя детектировать этот элемент в концентрациях, составляющих 5 мкмоль/л.

В соответствии с данными Всемирной организации здравоохранения, около 57 миллионов человек во все мире регулярно сталкиваются с присутствием в питьевой воде мышьяка в опасных концентрациях (превышающих концентрацию 10 мкмоль/л). Хроническое потребление печально известного яда и канцерогена, связывающегося с белками и нарушающего нормальную работу клеток, представляет собой одну из самых значительных проблем для здоровья, связанных со средой обитания. Таким образом, разработка портативного и легкого в применении устройства, позволяющего измерять концентрацию наиболее токсичной формы мышьяка в питьевой воде, является актуальной задачей.

Данные с камеры смартфона Nokia N85. Данные, полученные с камеры, для различных спектров в цветовой модели RGB вместе с предсказанными спектральными данными. (Рисунок из Analyst, 2015, DOI: 10.1039/c4an02368d)

В рамках решения этой задачи Элизабет Холл (Elizabeth Hall) и ее коллеги из Кембриджа смогли адаптировать разработанный ранее британскими и алжирскими исследователями алгоритм [2], первоначально предназначенный для экспресс-диагностики рака кожи по фотографиям, сделанным смартфоном, и «научить» смартфон обнаруживать мышьяк(III) в воде.

Ключом к успеху новой аналитической методики является способ, позволяющий отличить мышьяк(III) от других металлов, присутствующих в грунтовых водах. Главной проблемой в этом коктейле из ионов металлов являются ионы меди(II), которые связываются со многими реагентами по механизму, похожему на механизм связывания As(III) – такой механизм связывания затруднял разработки надежного метода определения концентрации мышьяка. Исследователям из группы Холл удалось решить проблему, создав систему, состоящую из квантовых точек, отличающихся двойной селективностью – на производные As(III)/Cu(II), а также референтных квантовых точек, проявляющих селективность только в отношении Cu(II).

Используя различные каналы – красный, зеленый и синий (RGB), камера смартфона может независимо обработать флуоресцентные сигналы от двух различных квантовых точек, а затем концентрация ионов меди используется в качестве базовой линии, относительно которой происходит измерение концентрации трехвалентного мышьяка. По словам Холл, самой сложной задачей была разработка квантовых точек, обеспечивающих фоновый сигнал для самокалибровки аналитического алгоритма.

Шеймус Хигсон (Seamus Higson), эксперт по биотехнологии из Университета Кранфилда, восхищен возможностью проведения полевого анализа на мышьяк, позволяющего определить концентрации этого элемента, меньшие, чем признанные ВОЗ безопасными, с помощью простого смартфона. Он уверен, что новая разработка окажется полезной для значительного количества людей, проживающих в областях, вода в которых содержит значительное количество мышьяка.

Источники: [1] Analyst, 2015, DOI: 10.1039/c4an02368d; [2] Procedia Comput. Sci., 2013, 19, 1116 (DOI: 10.1016/j.procs.2013.06.157)

метки статьи: #аналитическая химия, #бытовая химия, #вопросы экологии