Малоугловое нейтронное рассеяние выявило зависимость дальнейшей судьбы наночастицы от наличия или отсутствия у нее поверхностно-активного покрытия. Частицы с покрытием взаимодействуют с другими компонентами стоков, образуя твердый осадок, в то время как частицы без покрытия остаются в воде. (кликните картинку для увеличения).

Ученые из Великобритании использовали познания в области рассеяния нейтронов для того, чтобы исследовать судьбу наночастиц кварца из потребительских товаров в сточных водах. Вероятно, разработанная методика позволит избежать миллион тонн наночастиц, ежегодно попадающих в экосистему нашей планеты.

Нанотехнологии вместе с массой полезных применений «в хозяйстве» принесли и новые задачи для защитников окружающей среды. К примеру, наночастицы кварца диаметром всего несколько нанометров все шире используются в потребительских товарах, в том числе косметике, лекарствах, чистящих средствах и даже в продуктах питания. После использования товаров частицы не перерабатываются и не растворяются, а в конечном итоге попадают в сточные воды. В результате через станции очистки стоков проходят все большие объемы наночастиц, скорее всего, поступающих после этого в окружающую среду. И, хотя нет доказательств того, что наночастицы могут нанести какой-то вред экологии нашей планеты, их дальнейшая судьба была неизвестна, т.к. до сих пор не существовало способа контролировать их присутствие в воде, прошедшей все стадии очистки.

Поиск решения для этой задачи оказался более трудоемким, чем может показаться на первый взгляд. С одной стороны, очевидно, что это вопрос наномасштаба, требующий использования соответствующего инструментария. Но с другой стороны, объемы сточных вод, проходящих ежедневно через станции очистки, настолько велик, что об использовании для поиска наночастиц, например, электронного микроскопа не может быть и речи. Ведь в этом случае можно было бы посчитать количество наночастиц в отдельной взятой пробе, но никак не делать выводы о дальнейшем пути нанообъектов. Так же не подходят для исследований и методики, основанные на рассеянии видимого света, из-за общей мутности сточных вод.

Однако, недавно для исключения этого пробела исследователи из Centre for Ecology & Hydrology (CEH) предложили использовать методику нейтронного рассеяния. По их замыслу для отслеживания наночастиц можно использовать малоугловое нейтронное рассеяние (small-angle neutron scattering или SANS), технику, используемую обычно для исследования различных наноструктур. Методика подразумевает «освещение» исследуемого образца пучком нейтронов с низкой энергией и измерение интенсивности частиц, рассеянных на малый угол относительно первоначального направления луча. Такой подход позволяет оценить не только концентрацию наночастиц в пробе, но также их размеры и форму.

Благодаря разработанному подходу ученые смогли воссоздать путь наночастиц. Полностью смоделировав ситуацию на станции очистки (химический и микробиологический состав воды), исследователи провели ряд тестов с чистыми и покрытыми поверхностно-активными компонентами (как это обычно бывает в потребительских товарах) наночастицами кварца. Выяснилось, что чистые наночастицы оставались в сточных водах, в то время как частицы с покрытием взаимодействовали с другими компонентами среды и образовывали твердый осадок.

Столь полное понимание процессов, происходящих с наночастицами после того, как их свойства были успешно использованы в потребительских товарах, позволят в будущем разработать методики очищения стоков от отдельных видов «нанопримесей» еще на ранней стадии очистки.