Un microscopio modificado detecta bajas concentraciones de metales en agua de consumo

Un microscopio modificado detecta bajas concentraciones de metales en agua de consumo


26/10/2016

I+D+i
Un microscopio modificado detecta bajas concentraciones de metales en agua de consumo
  • Se trata de una técnica sencilla y de bajo costo desarrollada por un grupo de científicos de Venezuela, Italia y México
 
Si algo puede inquietar a las personas es la calidad del agua ingerida. Con el desarrollo de una técnica sencilla y de bajo costo por parte de un grupo de científicos de Venezuela, Italia y México, ahora es posible calcular valores significativamente bajos de cromo y hierro en agua potable embotellada.
 
Con ese novedoso prototipo, se pudieron detectar niveles de hierro II en el orden de las 6 partes por trillón, mientras que los valores de cromo VI llegaron a las 21 partes por trillón.
 
Dichos resultados “están muy por debajo de lo que se había conseguido con esta técnica y según los niveles de toxicidad permitidos por las normas internacionales para las aguas de consumo (entre 0.05 y 0.5 partes por millón)”, explicó Humberto Cabrera, investigador del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (Ivic) y autor principal del estudio, publicado recientemente en la revista Laser Physics Letters.
 
La metodología utilizada para alcanzar ese rendimiento consistió en la modificación del microscopio de lente térmica convencional, al cual le introdujeron una cavidad óptica pasiva o resonador óptico de Fabry-Perot.
 
Este resonador está compuesto por dos espejos planos, entre los cuales se coloca el componente de la muestra que se desea analizar (analito), en este caso, de agua. De esta forma, “el haz de luz láser de prueba pasa múltiples veces a través de la muestra y la señal es extremadamente amplificada debido al incremento del camino óptico”, acotó Cabrera.
 
En un proyecto previo reportado para Review of Scientific Instruments en 2015, se había fabricado una variante del microscopio de lente térmica, donde el haz de luz láser de prueba estaba en dirección contraria al haz de luz láser de excitación. Con esa variante, se obtuvieron niveles de hierro II de 0.51 partes por billón y de cromo III de 1.3 partes por billón. Como se puede apreciar, la sensibilidad se incrementó significativamente en varios órdenes de magnitud con la introducción de la cavidad óptica.
 
Para imaginar cuánto significan esas cantidades en términos más simples, se puede considerar que 1 parte por trillón equivale a medir una molécula en un líquido con 10 mil millones de moléculas, algo así como identificar un grano de arena en un contenedor que contiene 4 metros cuadrados.
 


Salud en juego

 
El hierro II y el cromo III son metales pesados que se encuentran en el ambiente y algunos alimentos, siendo necesarios para la vida en cantidades reducidas, pues participan activamente en procesos metabólicos y de liberación de oxígeno, entre otros.
 
No obstante, su presencia y uso en altas concentraciones han aumentado debido al crecimiento poblacional y la intensificación de la industrialización, urbanización y agricultura, lo que se ha traducido en contaminación y enfermedades. De hecho, el cromo VI es muy tóxico incluso en cantidades pequeñas.
 
“El método desarrollado representa una herramienta útil para la determinación sensible y rápida de trazas de metales. Gracias a las ventajas demostradas, este método analítico de seguimiento de trazas puede encontrar más aplicaciones en el análisis de otras muestras ambientales reales”, señalan los científicos en el artículo.
 
De acuerdo con el investigador del Centro Multidisciplinario de Ciencias del Ivic -ubicado en el estado Mérida-, Humberto Cabrera, solo con técnicas muy sofisticadas y costosas, como la espectrometría de masas, se han estimado magnitudes extremadamente bajas como las conseguidas con su artefacto.
 
Similar a grandes descubrimientos científicos ocurridos por accidente como la penicilina, el grafeno o los rayos X, la idea de incorporar el resonador óptico al microscopio de lente térmica surgió por casualidad. Los miembros del equipo de trabajo realizaban otras mediciones cuando notaron, en un reflejo del haz de láser de la muestra, una señal muy intensa.



Sistema óptico adicional para acople de los haces láser

 
“La señal se estaba amplificando entre dos superficies reflectoras. Entonces entendimos que si colocábamos la muestra entre dos espejos dispuestos adecuadamente, este proceso podría reproducirse”, aseguró.
 
Los especialistas aclaran que la magnitud de la señal de la lente térmica y la sensibilidad de la técnica depende fundamentalmente de las propiedades térmicas y ópticas de la muestra. La adición del resonador óptico posibilitó el cambio de esas propiedades.
 
En la investigación también participaron Enrique Cedeño, del Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada del Instituto Politécnico Nacional de México; Pedro Grima Gallardo, director del Centro de Investigaciones de Astronomía (Cida) e investigador del Departamento de Física de la Universidad de Los Andes (ULA) de Mérida; Ernesto Marín Moares y Antonio Calderón, igualmente del Instituto Politécnico Nacional de México; y Osvaldo Delgado, de la Universidad Politécnica Metropolitana de Hidalgo en México.
 
Además de representar al Ivic, Humberto Cabrera funge como investigador asociado del Centro Internacional de Física Teórica (Ictp) “Abdus Salam” de Italia.
 
 

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Fuente www.dicyt.com


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