الاكتشاف السريع والحساس للمعادن الثقيلة في الأسماك باستخدام التحليل الطيفي المُحسّن بتقنية رامان
Title Rapid and sensitive in situ detection of heavy metals in fish using enhanced Raman spectroscopy
الباحث الرئيس محمد شعبان سعيد فاضل
التخصص: الفيزياء
التخصص الدقيق: علوم المواد وفيزياء النانو
المستخلص: تم استخدام المعادن الثقيلة على نطاق واسع في الصناعة والزراعة ومجالات أخرى نظرًا لخصائصها الفيزيائية والكيميائية المميزة. إلا أنها غير قابلة للتحلل حتى بتركيزات منخفضة، مما يُسبب ضررًا لا رجعة فيه للإنسان والكائنات الحية الأخرى. لذلك، فإن تطوير تقنيات دقيقة وحساسة ومستقرة لاكتشافها يُعد ذا أهمية بالغة .تم استخدام التحليل الطيفي لتبعثر رامان ومقياس الامتصاص الذري الطيفي (AAS) بشكل متوازٍ للكشف عن أيونات المعادن الثقيلة مثل الزئبق (Hg) والكادميوم (Cd) والرصاص (Pb) بتركيزات مختلفة في عينات الأسماك. تراوحت تركيزات المعادن الثقيلة بين 5 جزء في البليون (ppb) و5 جزء في المليون (ppm) .على الرغم من الاستردادات المرضية باستخدام AAS، فإن عيوبه تؤكد الحاجة إلى تقنية بديلة.
في التحليل الطيفي لتبعثر رامان، تزداد شدة ومساحات القمم المميزة مع زيادة تركيز المعادن الثقيلة. بالنسبة لتركيز الزئبق (Hg) ≥ 1 جزء في المليون، لوحظ تغير طفيف في موقع القمم .تمت نمذجة القيم المكتسبة لشدة القمم ومساحاتها باستخدام نماذج إلوفيتش، والنظام الكاذب من الدرجة الأولى، والنظام الكاذب من الدرجة الثانية، والنموذج الأسي غير المتماثل (asymptotic1). وتم الحصول على أفضل نمذجة باستخدام نموذج إلوفيتش يليه النموذج الأسي غير المتماثل (asymptotic1).
النهج المستند إلى التحليل الطيفي بتقنية رامان للكشف عن تلوث المعادن الثقيلة الدقيقة في عينات الأسماك في الموقع يتميز بالسرعة، والتكلفة المنخفضة، والبساطة، مما يعزز قابليته للتطبيق في مجال سلامة الأغذية والتطبيقات الصناعية.
Abstract: Heavy metals have been widely applied in industry, agriculture, and other fields because of their outstanding physics and chemistry properties. They are non-degradable even at low concentrations, causing irreversible harm to the human and other organisms. Therefore, it is of great significance to develop high accuracy and sensitivity as well as stable techniques for their detection. Raman scattering spectroscopy and atomic absorption spectrophotometer (AAS) were used parallelly to detect heavy metal ions such as Hg, Cd, and Pb of different concentrations in fish samples. The concentration of the heavy metals is varied from 5 ppb to 5 ppm. Despite the satisfactory recoveries of AAS, their drawbacks are imperative for an alternative technique. In Raman scattering spectroscopy, the intensities and areas of the characteristic peaks are increased with increasing the concentration of the heavy metals. For Hg concentration ≥ 1 ppm, a slight shift is observed in the peak position. The obtained values of peak intensity and peak area are modeled according to Elvoich, Pseudo-first order, Pseudo-second order, and asymptotic1 exponential model. The best modeling was obtained using the Elovich model followed by the asymptotic1 exponential model. The introduced Raman spectroscopy-based approach for on-site detection of trace heavy metal pollution in fish samples is rapid, low-cost, and simple to implement, increasing its visibility in food safety and industrial applications.