Low-Cost Gold Nanoparticle-Coated Aluminium Foil for SERS Detection of Chlorpyrifos in Honey

शहद एक जटिल प्राकृतिक उत्पाद है, जो मधुमक्खियों द्वारा फूलों के रस से बनाया गया एक मीठा खजाना है, लेकिन इसकी अत्यधिक समृद्धि ही इसे छिपे हुए खतरों के लिए परीक्षण करना कठिन बना देती है। क्योंकि शहद गाढ़ा और शर्करा से भरपूर होता है, यह रासायनिक अवशेषों को छिपा सकता है, जिससे मानक प्रयोगशाला मशीनों के लिए पास के खेतों से उड़कर आए जहरीले कीटनाशकों की सूक्ष्म मात्रा का पता लगाना कठिन हो जाता है। वैज्ञानिक लंबे समय से एक ऐसा तरीका खोजने की कोशिश कर रहे हैं जो बिना किसी विशाल, महंगे प्रयोगशाला की आवश्यकता के, इन प्रदूषकों को तेजी से और सस्ते में खोज सके। एक आशाजनक दृष्टिकोण में 'सरफेस-एन्हांस्ड रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी' नामक तकनीक शामिल है, जो अणुओं की पहचान करने के लिए उनके अद्वितीय कंपन वाले निशानों (वाइब्रेशनल फिंगरप्रिंट्स) का उपयोग करती है। इस प्रकाश-आधारित पहचान को एक एकल अणु को देखने के लिए पर्याप्त संवेदनशील बनाने हेतु, शोधकर्ता अक्सर छोटे धातु के कणों का उपयोग करते हैं जो सिग्नल को बढ़ा देते हैं, ठीक वैसे ही जैसे एक दर्पण एक मंद किरण को एक चमकदार स्पॉटलाइट में परावर्तित करता है। हालांकि, इन एम्पलीफायरों को बनाने के लिए आवश्यक सामग्रियां अक्सर महंगी होती हैं, और हस्तक्षेप करने वाली शर्करा को हटाने के लिए शहद के नमूने को साफ करने की प्रक्रिया जटिल है।

क्वीन्स यूनिवर्सिटी ऑफ बेलफास्ट के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नई विधि विकसित की है जो एक सरल निष्कर्षण (एक्सट्रैक्शन) प्रक्रिया को एक आश्चर्यजनक रूप से साधारण सामग्री के साथ जोड़ती है ताकि इस समस्या को हल किया जा सके। उन्होंने क्लोरपायरीफोस (chlorpyrifos) पर ध्यान केंद्रित किया, जो एक ऐसा कीटनाशक है जो मधुमक्खियों और मनुष्यों दोनों के लिए हानिकारक है और यूरोपीय संघ में प्रतिबंधित होने के बावजूद दुनिया के कई हिस्सों में अभी भी उपयोग किया जाता है। शोधकर्ता जानना चाहते थे कि क्या वे रसोई में इस्तेमाल होने वाले सामान्य एल्युमीनियम फॉयल से बने आधार (सबस्ट्रेट) का उपयोग करके शहद में इस रसायन का पता लगा सकते हैं, जिस पर सोने के नैनोकणों (गोल्ड नैनोपार्टिकल्स) की परत चढ़ी हो। उन्होंने इस कम लागत वाले सेंसर को एक मानक निष्कर्षण विधि के साथ जोड़ा जिसे 'क्वेचर्स' (QuEChERS) के रूप में जाना जाता है, जिसे खाद्य नमूनों से प्रदूषकों को बाहर निकालने के लिए डिज़ाइन किया गया है जबकि पीछे की मुख्य शर्करा युक्त संरचना को छोड़ दिया जाता है। लक्ष्य एक पोर्टेबल, किफायती उपकरण बनाना था जो प्रयोगशाला के दूर स्थित परिणामों की प्रतीक्षा करने के बजाय, खेत में ही शहद की कीटनाशकों के लिए जांच कर सके।

टीम ने सबसे पहले यह परीक्षण किया कि क्या एल्युमीनियम फॉयल स्वयं सोने के नैनोकणों से ढके जाने पर सिग्नल को बढ़ाने में मदद कर सकता है। उन्होंने अपने फॉयल-आधारित सेंसर की तुलना एक मानक सिलिकॉन सतह से की, जो अनुसंधान में आमतौर पर उपयोग की जाती है लेकिन स्वाभाविक रूप से प्रकाश संकेतों को प्रवर्धित नहीं करती है। कंप्यूटर सिमुलेशन और भौतिक मापों का उपयोग करते हुए, उन्होंने पाया कि एल्युमीनियम फॉयल ने सोने के नैनोकणों के साथ मिलकर एक मजबूत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनाया, जिसने प्रभावी रूप से प्रकाश को केंद्रित किया और रासायनिक संकेतों को बहुत अधिक चमकदार बना दिया। जब उन्होंने इस सेटअप का परीक्षण एक ज्ञात डाई (रंजक) के साथ किया, तो फॉयल-आधारित सेंसर ने सिलिकॉन संस्करण की तुलना में लगभग दो गुना अधिक मजबूत सिग्नल उत्पन्न किया, जिससे यह सिद्ध हुआ कि रोजमर्रा का सस्ता और साधारण पदार्थ महंगे, मानक विकल्प की तुलना में कहीं अधिक प्रभावी था।

इसके बाद, शोधकर्ताओं ने इस प्रणाली को शहद में क्लोरपायरीफोस खोजने की वास्तविक चुनौती पर लागू किया। जब उन्होंने एक सरल तरल घोल में सीधे कीटनाशक का पता लगाने की कोशिश की, तो यह विधि काम तो कर रही थी, लेकिन संवेदनशीलता सख्त सुरक्षा सीमाओं को पूरा करने के लिए पर्याप्त नहीं थी। समस्या यह थी कि सोने के नैनोकणों को सर्वोत्तम सिग्नल बनाने के लिए थोड़ा आपस में जुड़ने (क्लंप होने) की आवश्यकता थी, और एक साफ तरल में कीटनाशक की बहुत कम सांद्रता पर यह जुड़ाव अच्छी तरह से नहीं हो पाता था। हालांकि, जब वे शहद के नमूनों पर गए, तो परिणाम नाटकीय रूप से बदल गए। 'क्वेचर्स' निष्कर्षण पद्धति का उपयोग करके, वे कीटनाशक को चिपचिपे शहद से निकालकर एक तरल समाधान में निकालने में सक्षम रहे। महत्वपूर्ण रूप से, निष्कर्षण से पीछे रह गए लवणों (साल्ट्स) ने एक उत्प्रेरक के रूप में कार्य किया, जिससे सोने के नैनोकणों का एकत्रीकरण हुआ और वे उन घने समूहों में बदल गए जिनकी एक मजबूत सिग्नल के लिए आवश्यकता थी। निष्कर्षण के लवणों और सेंसर के बीच इस प्राकृतिक तालमेल ने टीम को क्लोरपायरीफोस को पहले की तुलना में बहुत कम स्तर पर पहचानने में सक्षम बनाया, जिससे 4.8 × 10⁻⁷ M की पहचान सीमा प्राप्त हुई। हालांकि यह अभी भी सख्त यूरोपीय सुरक्षा सीमा से थोड़ा ऊपर है, फिर भी यह एक साधारण तरल में परीक्षण करने की तुलना में एक बड़ा सुधार है और यह दर्शाता है कि यह विधि एक वास्तविक, जटिल खाद्य संरचना में काम कर सकती है।

अध्ययन के अंतिम भाग ने कृषि की एक सामान्य वास्तविकता को संबोधित किया: किसान अक्सर विभिन्न कीटनाशकों के मिश्रण का उपयोग करते हैं, न कि केवल एक का। शोधकर्ताओं को यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता थी कि उनका सेंसर क्लोरपायरीफोस को अन्य समान रसायनों से अलग पहचान सके जो शहद में मौजूद हो सकते हैं। उन्होंने क्लोरपायरीफोस और तीन अन्य संबंधित कीटनाशकों के मिश्रण के साथ इस प्रणाली का परीक्षण किया। हालांकि सेंसर से प्राप्त कच्चा डेटा इन सभी रसायनों के लिए बहुत समान दिख रहा था, जिससे उन्हें आंखों से पहचानना कठिन था, शोधकर्ताओं ने डेटा को व्यवस्थित करने के लिए 'प्रिंसिपल कंपोनेंट एनालिसिस' नामक एक गणितीय उपकरण का उपयोग किया। इस विश्लेषण ने सफलतापूर्वक उन नमूनों को अलग कर दिया जिनमें क्लोरपायकिलोफोस था और उन्हें भी जिनमें यह नहीं था, जिससे यह सिद्ध हुआ कि निष्कर्षण पद्धति और एल्युमीनियम फॉयल सेंसर का संयोजन एक भीड़भाड़ वाले रासायनिक वातावरण में भी विशिष्ट प्रदूषक की पहचान कर सकता है।

यह कार्य प्रदर्शित करता है कि रसोई में इस्तेमाल होने वाला एक साधारण, सस्ता एल्युमीनियम फॉयल, जब एक मानक निष्कर्षण तकनीक के साथ जोड़ा जाता है, तो खाद्य सुरक्षा के लिए एक शक्तिशाली उपकरण के रूप में कार्य कर सकता है। शोधकर्ताओं ने दिखाया कि निष्कर्षण प्रक्रिया से बचा हुआ नमक केवल एक उपोत्पाद नहीं था जिसे हटाया जाना था, बल्कि यह एक आवश्यक हिस्सा था जिसने उनके सेंसर को बेहतर बनाने में मदद की। एक सामान्य घरेलू वस्तु को एक हाई-टेक सेंसर में बदलकर, टीम ने खाद्य सुरक्षा के लिए त्वरित, ऑन-साइट स्क्रीनिंग के लिए एक व्यावहारिक मार्ग प्रदान किया है। यह विधि कम लागत वाली और पोर्टेबल बनी हुई है, जो हमारे खाद्य आपूर्ति को सुरक्षित रखने के लिए वर्तमान में आवश्यक भारी, महंगी मशीनों का एक यथार्थवादी विकल्प पेश करती है।