El agua es un elemento esencial para nuestra vida, ya que juega un papel fundamental en la supervivencia de los seres vivos, el mantenimiento de los ecosistemas y el desarrollo de la actividad humana, el agua constituye el componente más abundante de la superficie terrestre.
Sabemos que, si un humano no bebe suficiente agua, puede experimentar deshidratación, calambres, fatiga, confusión, hipertensión e incluso problemas renales. Por otra parte, se ha reportado que el 22 % de las enfermedades y el 23 % de las muertes alrededor del mundo son ocasionadas por contaminación ambiental.
Para consumo humano, el agua debe cumplir con normas establecidas en las regulaciones de cada país. Sin embargo, debido a la intensificada contaminación que generamos todos los días, el agua se encuentra expuesta constantemente a contaminantes patógenos (bacterias, virus, y otros parásitos) y químicos (fertilizantes, pesticidas, fármacos, nitratos, fosfatos, plásticos), desechos fecales e incluso sustancias radiactivas. Es importante establecer medidas preventivas de contaminación o en su defecto correctivas antes de que este líquido vital pueda ser de consumo humano.
Dichas medidas deben permitir la monitorización constante del agua destinada para consumo humano y evitar problemas de salud. Así mismo, es importante evitar que los mantos acuíferos sean contaminados y establecer medidas de recuperación y tratamiento.
Para la detección de contaminantes existe una gran variedad de sensores dependiendo del tipo de contaminante. Sin embargo, hay contaminantes que pueden ser muy difíciles de detectar, lo que exige sensores más versátiles y con mayor sensibilidad que permitan identificar y cuantificar los contaminantes presentes.
El avance científico y tecnológico ha permitido el desarrollo de nanomateriales, los cuales presentan nuevas y novedosas propiedades físicas, químicas e incluso biológicas, lo que ha permitido el desarrollo de nuevos sensores o mejor dicho de nanosensores, algunos útiles en la detección de contaminantes.
Los nanosensores para la detección de contaminantes se clasifican en función del mecanismo de detección, cada uno adecuado al tipo específico de contaminante presente en el agua. Entre los más utilizados se encuentran los nanosensores electroquímicos, ópticos y biológicos, cada uno de los cuales ofrece ventajas únicas en términos de sensibilidad, especificidad y versatilidad de aplicación. El principio del funcionamiento de los nanosensores se basa en la interacción entre los analitos (contaminantes) y el nanomaterial, lo que da como resultado una señal medible, ya sea como un cambio de color, fluorescencia o corriente eléctrica.
En particular los nanosensores ópticos, se basan en la interacción de la luz con los contaminantes, en donde las propiedades ópticas de absorción, fluorescencia o esparcimiento de la luz en los nanomateriales se modifica al estar en la cercanía o contacto con los contaminantes. Algunos de los nanomateriales más usados son los puntos cuánticos de carbono, o de semiconductores que poseen propiedades fluorescentes, también las nanopartículas metálicas de oro y plata que exhiben increíbles colores en el visible dependiendo de su tamaño o morfología, lo cual es útil en el diseño de nanosensores colorimétricos.
En el Centro de Investigaciones en Óptica A. C (CIO). trabajamos con nanopartículas metálicas de oro y plata cuyas dimensiones son de orden nanométrico. Para tener una idea, del tamaño de una nanopartícula, supongamos que el diámetro de la tierra midiera 1 m, entonces, una canica con la que juegan los niños de debería ser el equivalente a una nanopartícula de aproximadamente1 nm de diámetro.
La forma geométrica de las nanopartículas puede ser muy versátil tanto que se pueden fabricar en forma de esfera, varilla, estrella, cubos con caras cóncavas, entre otras formas geométricas que se puedan controlar. En particular las nanopartículas de oro y plata exhiben llamativos colores a simple vista y sus propiedades físicas depende de su tamaño, forma geométrica y del medio en el que se coloquen.
Dichas nanopartículas son útiles en el diseño de un señor llamado SERS (Surface Enhanced Raman Scattering, por sus siglas en inglés) o esparcimiento Raman de superficie mejorada. Cuando un contaminante se coloca en la cercanía de las nanopartículas (una gota de agua contaminada sobre el sustrato SERS), y por cercanía nos referimos a una distancia no mayor a 10 nm.
El contaminante al entrar en contacto con las nanopartículas y ser iluminado con luz láser produce un fenómeno físico llamado esparcimiento óptico, en este caso siempre se presenta el esparcimiento de tipo Rayleigh como Raman. El esparcimiento Rayleigh no ofrece información de la estructura química del contaminante mientras que la luz esparcida por efecto Raman ofrece información de la estructura química del contaminante.
Debido a esto, es necesario eliminar la luz de tipo Rayleigh mediante un filtro óptico, posterior a esto analizar la luz esparcida por efecto Raman mediante un equipo especializado llamado espectrómetro Raman. De esta forma es posible detectar contaminantes en al menos partes por millón.
Es importante mencionar que la espectroscopia Raman en conjunto con nanopartículas metálicas solo puede detectar contaminantes moleculares, por ejemplo, pesticidas, colorantes industriales, micro y nano-plásticos, y patógenos entre muchos otros.
Existen metodologías de detección de contaminantes y procesos de tratamiento y purificación del agua, pero su acceso sigue siendo limitado para gran parte de la población, cuide este líquido vital, evite contaminarla en la medida posible, no la use irracionalmente, es nuestra responsabilidad hacer buen uso de ella.
