Reduced graphene oxide on silver nanoparticle layers-decorated titanium dioxide nanotube arrays as SERS-based sensor for glyphosate direct detection in environmental water and soil.
J Hazard Mater · 2022 · 437:129344 · PMID 35753303 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 농업과 정책 > 기타·종설 · 사람 · 환경
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농업 분야에서 널리 사용되는 유기인계 제초제인 글리포세이트가 환경을 오염시킬 경우, 인간 건강에 만성적인 해를 초래할 수 있다. 본 연구에서는 글리포세이트의 직접적 정량을 위한 분석 도구로서 효율적이고 공기 안정성이 있으며 재사용 가능한 표면 증강 라만 산란(SERS) 기질을 설계하였다. 티타니아 나노튜브($\text{TiO}_2 \text{NTs}$) 배열 위에 환원된 그래핀 옥사이드($\text{rGO}$)-감싼 이중층 은 나노입자($\text{AgNPs}$)의 수직 헤테로구조를 SERS 기질로 구축하였다. $\text{TiO}_2 \text{NTs}/\text{AgNPs-rGO}$는 메틸렌 블루 검출에 대해 높은 SERS 성능을 나타내었으며, 최대 $7.1 \times 10^8$의 분석 증강 계수(AEF)와 $4.4 \%$ 상대 표준 편차(RSD)의 반복성과 $2.0 \%$ RSD의 재현성을 가진 $10^{-14} \text{ M}$까지 낮은 검출 한계(LOD)를 제공하였다. 이 센서는 주변 환경에서 안정적이었으며 광분해 후에도 재사용이 가능하였다. 설계된 센서는 글리포세이트 검출에 성공적으로 적용되었으며, 그 LOD는 $3 \mu\text{g/L}$로 미국 환경보호국(U.S. EPA)과 유럽 연합에서 권고하는 환경수 중 글리포세이트의 최대 오염물질 수준보다 낮았다. 본 연구의 독창성은 SERS 센서를 이용한 환경 시료 내 직접적인 글리포세이트 분석이 초고성능 액체 크로마토그래피를 이용한 분석과 비교하여 유의미한 차이가 없다는 점이다.ORIGINAL ABSTRACT
When glyphosate, a widely used organophosphate herbicide in agricultural applications, contaminates the environment, it could lead to chronic harm to human health. Herein, an efficient, air-stable and reusable surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrate was designed to be an analytical tool for direct determination of glyphosate. A vertical heterostructure of reduced graphene oxide (rGO)-wrapped dual-layers silver nanoparticles (AgNPs) on titania nanotube (TiO2 NTs) arrays was constructed as a SERS substrate. The TiO2 NTs/AgNPs-rGO exhibited high SERS performance for methylene blue detection, offering an analytical enhancement factor (AEF) as large as 7.1 × 108 and the limit of detection (LOD) as low as 10-14 M with repeatability of 4.4 % relative standard deviation (RSD) and reproducibility of 2.0 % RSD. The sensor was stable in ambient and was reusable after photo-degradation. The designed sensor was successfully applied for glyphosate detection with a LOD of 3 µg/L, which is below the maximum contaminant level of glyphosate in environmental water, as recommended by the U.S. EPA and the European Union. A uniqueness of this study is that there is no significant difference between the real-world applications of the SERS sensor on direct glyphosate analysis in environmental samples compared to an analysis using ultra-high performance liquid chromatography.| 저자 | Butmee, P.; Samphao, A.; Tumcharern, G. |
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| 저널 | Journal of hazardous materials |
| 권·호·쪽 | 437, 129344 |
| PMID | 35753303 |
| DOI | 10.1016/j.jhazmat.2022.129344 |
| MeSH | Glycine; Graphite; Humans; Metal Nanoparticles; Nanotubes; Reproducibility of Results; Silver; Soil; Spectrum Analysis, Raman; Titanium; Water; Glyphosate |