تمكن فريق من العلماء في جامعة كليمسون من رفع قطرة ماء باستخدام الصوت، والتلاعب في شكلها أيضًا، وكانت النتائج مثيرة للإعجاب، وذلك من خلال إدخال القطرة في حقل ضغط تم إنشاؤه بواسطة محول طاقة للصوت وعاكس يعمل على ارتداد الصوت الخلفي، وبالتالي يحصلون على القطرة المسطحة لتعليق نفسها في الجو، ثم تغيير الصوت الصادر من محول الطاقة مما يؤدي إلى تغيير شكل القطرة حتى زهرت على هيئة نجم يتأرجح. وأكد العلماء أن النموذج التوافقي الثالث يخلق شكلًا مثلثًا متذبذبًا ، والرابع على شكل مربع يتأرجح.
وعندما ازدادت شدة مجال الضغط بعد نقطة معينة كادت القطرة تخرج من هيئتها وفقدت شكلها المتناظر المشترك ثم تحللت في النهاية. وتم إجراء البحث في عام 2013. مع ذلك فإن العلماء يجرون اختبارات جديدة الآن.
ما أهمية الاكتشاف؟
في دراسة جديدة أظهر الباحثون أن استخدام الموجات الصوتية لرفع قطرات الماء في الجو يمكن أن يحسن من اكتشاف ملوثات المعادن الثقيلة الضارة مثل الرصاص والزئبق في الماء. ويعد اكتشاف كميات صغيرة من المعادن الثقيلة في الماء أمرًا مهمًا لأن هذه الملوثات ضارة بصحة الإنسان والبيئة. ويمكن أن تؤدي التقنية الجديدة في النهاية إلى أدوات تقوم بمراقبة فورية للملوثات في الموقع، والتي يمكن أن تساعد في منع مشاكل تلوث الرصاص في المستقبل مثل أزمة فلينت، ميشيغان، أو اكتشاف المياه المستعملة الملوثة من المواقع الصناعية.
وقال قائد فريق البحث فيكتور كونتريراس “على الرغم من التنوع الكبير في مستشعرات المياه التي توفر المراقبة المستمرة، لا يمكن إجراء الكشف عن العديد من المعادن الثقيلة المذابة في الماء إلا عن طريق إرسال العينات لإجراء التحاليل المختبرية المتخصصة”. وأضاف “أن أسلوبنا الجديد هو خطوة واحدة نحو تطوير نهج تحليل أبسط يمكن تطبيقه في الموقع وفي الوقت الفعلي. ويمكن استخدام هذا النوع من تحليل المياه من قبّل الصناعات الزراعية والدوائية وتنقية المياه وغيرها من الصناعات لرصد المياه للملوثات”.
وفي مجلة البصريات (OSA) Journal Optics Letters ، قام الباحثون بتفصيل نهجهم الجديد ، الذي يستخدم تقنية حساسة تعرف باسم ” التحليل الطيفي ” الناتج عن الليزر (LIBS) لتحليل المعادن الثقيلة الموجودة في قطرات الماء. وإن إخماد قطرات الماء يسمح لها بالتبخر في وضع التحكم، مما يزيد من تركيز الملوثات في العينة ويجعل من السهل إجراء تحليل LIBS . وأظهر الباحثون أن نهجهم الجديد يمكن أن يكشف بشكل موثوق عن مستويات منخفضة جدًا من المعادن الثقيلة مثل الباريوم والكادميوم والزئبق مع أوقات التحليل لبضع دقائق فقط.
اقرأ أيضاً : 8 تجارب كيميائية ممتعة يمكنك إجراؤها في المنزل
استخدام تحليل ” LIBS ” على السوائل
استخدم الباحثون تحليل ” LIBS ” لأنه يقدم طريقة سريعة ومباشرة لتحديد عناصر عدّة في وقت واحد. ويعمل ” LIBS ” من خلال تركيز نبضة ليزر عالية الطاقة على عينة، والتي تبخر المواد وتولد البلازما. ولأن الضوء المنبعث من البلازما يحتوي على البصمات الذرية للمادة ، فمن الممكن تحديد المكونات الكيميائية للعينة من خلال تحليل الضوء المنبعث.
إنها عملية مباشرة لاستخدام تحليل LIBS على عينات صلبة. وفي الواقع، تتوفر العديد من الأجهزة المحمولة المتاحة تجاريًا لهذا النوع من التحليل. ومع ذلك، من الصعب استخدام هذه الطريقة لتحليل السوائل مباشرة لأن البلازما التي تكونت في السوائل تبرد بشكل أسرع وتستمر لفترة قصيرة جدًا. بالإضافة إلى ذلك، يخرج من إنتاج البلازما على سطح سائل رذاذ الماء الذي يؤثر بشكل مباشر على قراءة التحليل الطيفي.
وباستخدام العينات السائلة، يتطلب إنشاء بلازما توفر إشارة جيدة للكشف عن المواد الكيميائية، مستويات عالية من طاقة الليزر، والتي لا يمكن توفيرها إلا بواسطة ليزر ضخم وغير محمول. وللتغلب على هذه المشكلة يتم تحليل العينات السائلة عادة عن طريق وضع قطرة على الركيزة والانتظار حتى يجف من أجل تركيز عناصر الاهتمام في العينة. وعلى الرغم من أن إيداع العينة على الركيزة بسيط للغاية، إلا أن نبضة الليزر تثير الذرات من العناصر الموجودة في العينة وكذلك من الركيزة. إلى جانب ذلك، يمكن أن يؤدي تبخر الماء إلى توزيع غير متجانس للشوائب على الركيزة، مما يعرض استنساخها للإشارة.
وبدلًا من وضع القطيرات على ركيزة، استخدم الباحثون موجات صوتية مكثفة لحفز قطرات مياه واحدة. وتنتج الموجات الصوتية قوة كبيرة بما يكفي للتصدي للجاذبية، مما يسمح للقطرة أن تحوم دون دعم في الهواء. وقال كونتريراس “يعتبر الارتفاع الصوتي طريقة بسيطة وغير مكلفة لإعادة التركيز على عناصر الاهتمام مع تجنب التلوث من سطح الركيزة، وعلاوة على ذلك، فإنه لا يتطلب أن يكون لدى العينة أي نوع من الاستجابة الكهربائية أو المغناطيسية مثل بعض الطرق الأخرى المستخدمة لتحقيق الارتفاع”.
تحليل القطيرات
في الدراسة، أظهر الباحثون أن استخدام الموجات الصوتية لخلق نقطة واحدة من الماء سمح لهم بالكشف عن تركيزات منخفضة جدًا من المعادن الثقيلة. وعلى سبيل المثال ، اكتشفت 0.7 ملليغرام لكل لتر من الكادميوم، و 0.2 ملليغرام لكل لتر من الباريوم. كما أظهروا أن تقنية الارتفاع الصوتي التي استخدموها مستقرة بما يكفي لتحليل LIBS القابل للتكرار.
اقرأ أيضاً :
تقنية عقلية بسيطة تخلصك من أي عادة سيئة
تشعر بأنك وحيد؟ افعل تلك الأشياء
9 خطوات للتخلص من الأشخاص السامة في حياتك
المصادر :
- Scientists Levitated A Star-Shaped Water Droplet Using Sound enlightened-consciousness,Retrieved 5-12-2018. Edited,
- Watch This Levitating Water Droplet Contort Itself Into Different Shapes motherboard,Retrieved 5-12-2018. Edited,
- You Have To See This Mesmerizing Star-Shaped Water Droplet As It Levitates, Spins And Then Flips Out apost,Retrieved 5-12-2018. Edited,