Deflexão

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 15789 (2022) Citar este artigo

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Considerando os graves perigos do nível de concentração anormal de H2S como um gás extremamente tóxico para o corpo humano e devido à incapacidade do sistema olfativo em detectar o nível tóxico de concentração de H2S, um método confiável, sensível, seletivo e rápido para a detecção de H2S é proposto e sua eficácia é analisada por meio de simulação. O sistema proposto é baseado na deflexão de um feixe de laser em resposta às variações de temperatura em seu trajeto. A fim de proporcionar seletividade e melhorar a sensibilidade, nanoestruturas de ouro foram empregadas no sistema. A seletividade foi introduzida com base nas interações tiol-ouro e a sensibilidade do sistema foi aprimorada devido à modificação do comportamento de ressonância plasmônica de nanoestruturas de ouro em resposta à adsorção de gás. Os resultados de nossa análise demonstram que, em comparação com Au e SiO2–Au, as estruturas nanotryoshka de Au (Au–SiO2–Au) mostraram a maior sensibilidade devido à promoção de maiores deflexões do feixe de laser.

O sulfeto de hidrogênio (H2S), é um gás incolor, solúvel em água, corrosivo, inflamável e extremamente tóxico e é identificado com odor de "ovo podre". O H2S é amplamente produzido na natureza ou na indústria, como em fontes termais, gases vulcânicos, petróleo bruto, indústria petroquímica, fabricação de papel e descarte de resíduos1,2,3,4,5. Muitas investigações demonstraram que o H2S em níveis anormais de concentração, tem sérios efeitos adversos na saúde humana. Numerosos distúrbios neurais, como acidente vascular cerebral isquêmico, doença de Alzheimer, doença de Parkinson, síndrome de Down, podem ocorrer devido a níveis anormais de H2S2,3,6. Além disso, o H2S poderia afetar o sistema cardiovascular devido à abertura do canal de potássio sensível ao ATP, levando ao relaxamento da musculatura lisa vascular e diminuição da pressão arterial3. Além disso, o H2S pode afetar fortemente os olhos, a pele, o sistema respiratório e as membranas mucosas podem ser destruídas ou inflamadas7,8. O H2S com concentrações superiores a 250 ppm pode levar a envenenamento do sangue e até à morte1. Nesse sentido, considerando a segurança humana e ambiental, o limite seguro de exposição ao H2S anunciado pelo American National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) é de 10 ppm por 8 h9.

Os órgãos olfativos dos humanos podem sentir o H2S na concentração de 130 ppb com característica semelhante ao cheiro de ovo podre, enquanto na concentração de 83 ppb interage com a hemoglobina sanguínea com efeitos destrutivos para a saúde humana5. Além disso, pequenos aumentos nos níveis de H2S, ou exposição prolongada a baixas concentrações, podem causar anosmia3. Portanto, o projeto e a fabricação de uma plataforma de detecção rápida e confiável para detecção in situ em tempo real de H2S em concentração de ppm com alta seletividade e sensibilidade é um grande desafio1,3,8.

Até agora, muitas estratégias foram desenvolvidas para detecção de H2S que podem ser classificadas em três categorias principais; óxido metálico semicondutor (SMO) (como ZnO, SnO2, In2O3)10, sensores eletroquímicos11 e ópticos3,12. Entre os vários tipos de sensores ópticos, a detecção baseada em fluorescência13, a colorimetria14, a espectroscopia Raman aprimorada de superfície (SRES)15 e a espectrometria de absorção UV-visível16 são bem conhecidas. Apesar dos avanços na detecção de H2S nos últimos anos, essas técnicas sofreram certas limitações. Por exemplo, no monitoramento móvel de H2S por sensores baseados em SMO, a principal limitação é o consumo de energia17. No caso dos sensores eletroquímicos, o impacto da umidade e temperatura ambiente é uma potencial limitação18. Embora os sensores eletroquímicos sejam capazes de superar até certo ponto a limitação da dependência de temperatura e umidade, altas temperaturas interferem no desempenho desses sensores19. Apesar da alta sensibilidade e seletividade do sensor baseado em fluorescência, a dificuldade na síntese de tags e sua durabilidade, restringe sua aplicação6. Além disso, as técnicas de detecção baseadas em colorimetria carecem de sensibilidade suficiente para o gás H2S2.