Investigadores han desarrollado un nuevo sensor óptico que proporciona una forma sencilla de detectar en tiempo real niveles extremadamente bajos de arsénico en el agua. La tecnología podría permitir realizar pruebas de detección de arsénico en el hogar, lo que permitiría a las personas controlar la calidad del agua
Sensor de fibra óptica para la detección simple y sensible de arsénico en el agua potable
Investigadores han desarrollado un nuevo sensor óptico que permite la detección en tiempo real de niveles extremadamente bajos de arsénico en el agua. Esta tecnología podría facilitar la realización de pruebas domésticas, permitiendo a las personas monitorear la calidad del agua que consumen.
La contaminación por arsénico representa un grave problema ambiental y de salud pública que afecta a millones de personas en el mundo. Este fenómeno ocurre cuando los procesos geológicos naturales liberan arsénico desde las rocas y el suelo hacia las aguas subterráneas. Además, actividades humanas como la minería, la eliminación de residuos industriales y el uso de pesticidas a base de arsénico pueden agravar esta situación.
El consumo prolongado de agua contaminada con arsénico puede provocar graves problemas de salud, incluyendo intoxicaciones, cánceres de piel, pulmón, riñón y vejiga. Según el investigador principal, Sunil Khijwania, del Instituto Indio de Tecnología de Guwahati, el objetivo de este desarrollo es proporcionar un sensor sensible, selectivo, reutilizable y rentable, con el fin de ofrecer una herramienta confiable y fácil de usar para el monitoreo rutinario del agua, ayudando a proteger a las comunidades de la exposición al arsénico.
Funcionamiento del sensor óptico
El sensor, descrito en la revista Applied Optics del Optica Publishing Group, emplea una fibra óptica y el fenómeno de resonancia de plasmones superficiales localizados para detectar niveles de arsénico tan bajos como 0,09 partes por mil millones (ppb), lo que equivale a una sensibilidad 111 veces mayor que el límite permitido de 10 ppb establecido por la Organización Mundial de la Salud (OMS).
Durante las pruebas con muestras reales de agua potable, el sensor demostró un rendimiento confiable en diversas condiciones, con un tiempo de análisis de solo 0,5 segundos, además de mostrar alta repetibilidad, estabilidad y confiabilidad.
Ventajas del nuevo sensor frente a métodos convencionales
Aunque los métodos espectroscópicos convencionales son altamente precisos y sensibles, su uso está limitado por la necesidad de equipos complejos, voluminosos y costosos, además de requerir personal especializado para su operación.
En contraste, este nuevo sensor de fibra óptica se destaca por ser accesible y fácil de utilizar, sin comprometer su sensibilidad y precisión. Su diseño incluye un recubrimiento interno de nanopartículas de oro y una delgada capa de un nanocompuesto de óxido de aluminio y óxido de grafeno, el cual tiene una alta afinidad por los iones de arsénico. Al eliminar parte del recubrimiento de la fibra, se expone la onda evanescente generada por la reflexión interna total, permitiendo que la luz interactúe con las nanopartículas de oro. Esto provoca un cambio medible en la longitud de onda de resonancia del plasmon superficial cuando el arsénico se une al nanocompuesto, permitiendo su detección precisa.
Evaluación del rendimiento del sensor
El sensor fue sometido a pruebas con soluciones de concentraciones variables de arsénico, demostrando una detección consistente y confiable a lo largo de todo el rango de concentraciones analizado. Además, presentó una alta capacidad de respuesta, funcionando con eficacia tanto en cambios de concentración ascendente como descendente.
La resolución máxima del sensor fue de ± 0,058 ppb y no se observaron variaciones significativas en los resultados obtenidos en muestras con concentraciones idénticas analizadas en cuatro días distintos dentro de un período de 18 días.
Al comparar los valores medidos con los obtenidos mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), un método de referencia en la medición de arsénico, se observó una diferencia relativa menor al 5 %, lo que confirma la alta precisión del sensor.
Para evaluar su aplicabilidad en condiciones reales, el dispositivo fue probado con muestras de agua potable recolectadas en distintos puntos de la ciudad de Guwahati, India. En todas las pruebas, el sensor mantuvo un rendimiento confiable, confirmando su idoneidad para su uso en campo.
Hacia un futuro con monitoreo accesible del agua
Los resultados obtenidos establecen que el sensor de fibra óptica es una solución altamente sensible, selectiva, rápida, asequible y fácil de usar para la detección de arsénico en entornos reales. En el futuro, esta tecnología podría adaptarse para desarrollar una nueva generación de herramientas accesibles para el monitoreo ambiental, contribuyendo a mejorar la calidad del agua y protegiendo la salud pública.
A pesar de estar lista para su aplicación en campo, los investigadores destacan la necesidad de desarrollar una fuente y un detector ópticos más económicos y sencillos de operar para facilitar su implementación a gran escala.
Más información: F. Banoo, S. K. Khijwania, “Localized Surface Plasmon Resonance based Novel Optical Fiber Arsenic Ion Sensor Employing Al2O3/GO Nanocomposite,” Applied Optics, 64, 1019-1027 (2025).
DOI: 10.1364/AO.544358
Vía www.optica.org
