T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n Co m pu t i ng   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  23 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 ,   p p .   7 03 ~ 7 15   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A . v 23 i 3 . 26569          703       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   No v el  intern et  o f   things - spec tros co py   m e thods  f o r  t a rg eted  w a ter  po llutants i n hou seho ld poi nt - of - use  env iro n ments       Sy a hid a h Nura ni  Z ul kifli 1 ,  H er lin a   Abdu l R a h i m 1 ,  Nur ul Adill a   M o hd   Su bh a 2   1 P r o c e ss T o mo g r a p h y   a n d   I n st r u me n t a t i o n ,   D e p a r t me n t   o f   C o n t r o l   a n d   M e c h a t r o n i c s E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   El e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   T e k n o l o g i   M a l a y si a ,   Jo h o r ,   M a l a y si a   2 A d v a n c e d   C o n t r o l   R e se a r c h   G r o u p ,   D e p a r t me n t   o f   C o n t r o l   a n d   M e c h a t r o n i c s E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   T e k n o l o g i   M a l a y si a ,   Jo h o r ,   M a l a y si a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   8 ,  2024   R ev i s ed   J an   29 ,  2 0 2 5   A cc ep ted   Mar   11 ,  2 0 2 5       En su ri n g   w a ter  q u a li ty   re m a in s   a   p a ra m o u n t  c o n c e rn   t o   p re v e n t  a d v e rse   h e a lt h   e f fe c ts  o n   c o n su m e rs.  W a t e r  q u a li ty   m o n it o ri n g   p rim a ril y   fo c u se s  o n   w a t e r  u ti li t ies   a n d   i n f ra stru c tu re ,   su c h   a s  trea tm e n t  p lan ts  a n d   r e se rv o irs.   M o re   in f o rm a ti o n   is  n e e d e d   o n   th e   sta tu s  o f   w a ter  o n c e   it   e n ters   th e   c o n su m p ti o n   p h a se ,   p a rt icu larly   a t  th e   p o i n t - of - u se   (P OU ).   T h e re f o re ,   th is   stu d y   a i m s   to   p ro v id e   a   sc ien ti f ic   u n d e rsta n d in g   o f   wa ter  q u a li ty   i n   re sp o n se   to   m icro b ial   c o n tam in a n ts  in   M a la y sia ’ s  h o u se h o ld   w a ter  s y ste m   u sin g   t h e   non - in v a siv e   b e n c h to p   n e a r - in f ra re d   ( NIR ) - Ra m a n   sp e c tro sc o p y   a p p ro a c h .   T h is  stu d y   a lso   p r o v id e d   th e   e ffe c ts  o f   se a so n a l  v a riatio n s   a n d   s tag n a ti o n   p e rio d s   o n   th e   q u a li ty   o f   w a ter  su p p ly ,   c o rre sp o n d i n g   t o   m icro b ial  c o n tam in a n ts.  F i n d i n g s  sh o w   t h a t  a lm o st  2 0 %   o f   th e   w a ter   sa m p les   c o n tain e d   L e g io n e ll a   a n d   S a lm o n e ll a   sp e c ies   th ro u g h   th e   Ra m a n   sp e c tral   id e n ti f ica ti o n   tec h n i q u e .   T h e   d isti n c t  sig n a tu re   p e a k s  (ra n g in g   f ro m   4 0 0   c m - 1   to   1 , 8 0 0   c m - 1 )  in d ica ti v e   o f   sp e c if ic  b a c teria l  sp e c ie s  a re   id e n ti f ied .   Ho w e v e r,   b e n c h to p   Ra m a n   sp e c tro sc o p y   h a s  a p p li c a ti o n   c o n stra in ts  in   re a l - ti m e   w a ter  q u a li t y   m o n it o rin g .   He n c e ,   a c k n o w led g in g   it s  li m it a ti o n ,   t h is   stu d y   p ro p o se d   a   n e w   in tern e t  o f   th in g s  ( Io T ) - b a se d   m icro - sp e c tro m e ter  a s  a n   a lt e rn a ti v e   to   ra p id   a n d   su s tain a b le  P OU s  w a ter  q u a li ty   a s se ss m e n t.   L e v e ra g in g   Io T   p r o to c o ls  e n h a n c e s  th e   re li a b il it y   a n d   e ff i c ien c y   o f   id e n ti f y in g   m icro b io lo g ica l  th re a t s in   w a ter su p p ly .   K ey w o r d s :   B ac ter ial  id en tif icat io n   I n ter n et  o f   t h i n g s   p r o to co ls   R a m a n   s p ec tr o s co p y   W ater   m o n ito r in g   W ater   q u alit y   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Her lin a  A b d u l  R ah i m   P r o ce s s   T o m o g r ap h y   an d   I n s tr u m e n tat io n ,  Dep ar t m e n t o f   C o n tr o l a n d   Me ch atr o n ics E n g i n ee r in g   Facu lt y   o f   E lectr ical  E n g in ee r in g ,  U n i v er s iti T ek n o lo g i M al a y s ia   J o h o r ,   Ma lay s ia   E m ail:  h er lin a @ u t m . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   E n s u r in g   th e   p r o v is io n   of   p o tab le   w ater   f r o m   s u r f a ce   o r   g r o u n d   s o u r ce s   th r o u g h   w a ter   d is tr ib u tio n   s y s te m s   ( W DS)   is   cr u cial  f o r   m ee t in g   s tate  an d   f ed er al  co n s u m p tio n   s tan d ar d s .   W ater   o p er ato r s   m u s t  p r io r itize   t h e  d eli v er y   o f   r eliab le  an d   s a f e   w ater .   H o w e v er ,   th e   o cc u r r en ce   of   w a ter   r ec o n ta m in a tio n   d u r in g   tr an s p o r tatio n   alo n g   th e   d i s tr ib u tio n   s y s te m   is   in e v itab le   an d   b e y o n d   c o n tr o l.  Gen er all y ,   p o tab le  w ater   u n d er g o e s   tr ea t m en t  p r o ce s s es   s u ch   as  s ed i m en tatio n ,   f iltra tio n ,   d i s in f ec tio n ,   an d   f lo cc u latio n .   Ho w e v er ,   a lth o u g h   e f f o r ts   h a v e  b ee n   m ad e  to   m ai n tai n   q u a lit y   o f   p o tab le  w ater ,   q u ite  o f t en ,   b u t  n o t  al w a y s ,   q u alit y   o f   w a ter   s u p p l y   d eter i o r ates  s u b s ta n tiall y   alo n g   th e  d is tr ib u tio n   s y s te m   [ 1 ] .   T h er e   ar e  s ev er al  s tu d ies   in v e s ti g ati n g   th e  p o ten tial  co n tr ib u tin g   f ac to r s   th a t  ca u s e s   w ater   q u alit y   d eter io r atio n   d u r in g   tr an s p o r tatio n   o f   w ater   f r o m   tr ea t m e n t  f ac ilit ie s   to   th e  le v el  o f   co n s u m p tio n s .   T h ese  f ac to r s   i n clu d es  th e  ef f ec t  o f   b io f il m s ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  23 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :  7 03 - 7 15   704   leak ag e s ,   co r r o s io n ,   an d   f ec al   co n ta m in a n t s   s ig n i f ican tl y   co n tr ib u te   to   m icr o b ial   p r esen ce   in   th e   W DS ,   p o s in g   s er io u s   h ea lt h   r is k s   to   co n s u m er s   [ 2 ] .  Mic r o b ial   co n ta m i n an ts   p r o lif er ate  d o w n s tr ea m ,   f r o m   p r i m ar y   p ip elin es  to   s m aller   d ia m eter s   w it h i n   b u ild in g s   [ 3 ] .   I s o lated   ar ea s   w it h i n   d o m es tics   p lu m b i n g   o r   w ater   s y s te m   th at  ar e  n o t  d is in f ec ted   ac co r d in g l y ,   s u c h   a s   d ea d   leg s ,   i n d u cin g   th e   g r o w t h   o f   m icr o o r g an is m   co m m u n it y .   W h ile  co n s ec u ti v e  e f f o r ts   h a v e  b ee n   i n itiated   to   r ed u ce   w ater b o r n e  o u tb r ea k s ,   ac h ie v in g   s a n itatio n   an d   h y g ie n e   tar g ets   in   h o u s e h o l d   w ater   s u p p l y   r e m ai n s   a   g lo b al   ch allen g e,   w it h   ab o u t   8 8 %   of   d is ea s es  attr ib u ted   to   in ad eq u ate  w a ter   s af et y   ac ce s s   [ 4 ] .   E x is te n ce   o f   m icr o o r g an i s m   ac ti v it y   alo n g   w ater   d is tr ib u tio n   p ip elin e  s y s te m s   ar e  m ain l y   ca u s ed   b y   b io f il m s   f o r m atio n   o n   i n ter n al  p ip eli n e  s u r f ac es,  lead in g   th e  t h e   s u b s ta n tial   g r o w t h   o f   m icr o b es  an d   r es u lted   i n   r ec o n ta m i n an tio n   e v e n ts   [ 5 ] .   Fu r th er m o r e,   m icr o b es   wi th in   b io f il m s   ca n   also   d ev elo p ed   d u r in g   th e  i n s tallatio n   p r o ce s s   o f   p ip e  s u r f ac es.  C er tain   p ath o g en i c   m icr o o r g an i s m s   t y p ica ll y   e x i s t  as  f r ee - f lo atin g   s i n g le  ce lls   in   p lan k to n ic  f o r m   w it h i n   th e  W DS .   Ho w ev er ,   u p o n   attac h i n g   to   p ip elin e  s u r f ac es,  th e y   f o r m   m a tr ices  a n d   estab lis h   co lo n ies.  T h ese  co lo n ies  m atu r e  w it h i n   th e  b io f il m   m atr ix ,   cr ea ti n g   a  p r o tectiv e  s h ield   t h at  m ak e s   d etec tin g   th e s e  m icr o o r g an is m s   ch allen g i n g .   Ov er   ti m e,   b io f il m s   d is p er s e  in to   p o tab le  w ater   w it h in   th e   d is tr ib u tio n   s y s te m ,   u lti m atel y   r ea ch i n g   co n s u m er s .   I n   ad d itio n   to   th e  f ac to r s   m e n tio n ed ,   v ar i o u s   o t h er   cir cu m s tan ce s   co n tr ib u te   to   w ater   d eter io r atio n ,   in clu d i n g   ag in g   in f r astru c tu r e,   s u r f ac e  m ater i als,  h i s to r ical  b r ea k a g es,  o p er atio n al  p ar a m eter s ,   an d   w ater   ag e.   R esear ch   in d i ca tes  d is ti n g u i s h in g   d i f f er e n c e  b ac ter ial  s p ec ies  s u r v i v i n g   i n   w ater   ec o s y s te m s   ar e  ex tr e m el y   ti m e  co n s u m i n g   w h ic h   p o s es  c h alle n g es  an d   in v asi v e  m ea s u r es  [ 6 ] .   I n   ad d itio n ,   s e v er al   d is tr ib u tio n   to lp o lo g ie s   an d   co m p o n e n t s   in teg r itie s ,   s u ch   as  p ip es  m ater ial,   s to r ag e  f ac ilit ies,  p u m p in g   s tatio n s ,   v al v es  a n d   f itti n g s ,   u n i n te n tio n all y   co u ld   s er v e   as  id ea l  r eso u r ce s   f o r   m icr o b ial  p r o d u ctiv it y .   P r ev io u s   s tu d ie s   h av e  o b s er v ed   s u b s tan tial  b ac ter ial  g r o w t h   o n   p ip elin e  s u r f ac e s ,   in clu d in g   ir o n   an d   p last ic   p o ly v i n y l  c h lo r id e  ( P VC )   p ip es  [ 7 ] .  H o w ev e r ,   i r o n   p i p e l in es   a p p e a r   t o   b e   p a r t i c u l a r ly   c o n d u c iv e   to   m icr o b ial  ac tiv it y   w it h i n   W DS.   Mic r o b e s ’   ab ilit y   to   d o m in ate   t h e   co r r o s io n   of   m etals  li k e  ir o n ,   co p p er ,   an d   alu m in u m ,   t y p icall y   co n s id er ed   co r r o s io n - r e s is ta n t,  p o s es   a  g en u i n e  t h r ea t  to   p o tab le  w ater   q u al it y   [ 8 ] .  On   to p   o f   t h at ,   m icr o b es  th at   s u r v i v ed   in   lo w - o x id ized   p ip elin e  e n v ir o n m en ts   ca n   ad ap t  to   ex tr e m e  c o n d itio n s   b y   alter i n g  th eir   b ac ter ial  m o r p h o lo g ie s ,   in clu d i n g   s u r v i v al  g r o w t h ,   s p e cies d iv is io n ,   an d   s h ap e - s h if t i n g   ab ilit ies.   W i t h   a   n o t a b l e   a b s e n c e   o f   r e s ea r c h   in v e s t ig a tin g   m ic r o b i a l   c o n t am in a n t s ,   f u r th e r   a c ti o n   p a r t ic u l a r ly   i n   m o n i t o r in g   w at e r   q u a l ity   a t   p o i n t - of - u s e   ( PO U s )   d is t r i b u t i o n   s y s tem s   is   n e c es s a r y .   T h e   ce n tr a l   p r o b l em   r el a t e d   t o   w at e r   d e t e r i o r a t i o n   i s   r e c o n t am in a t i o n   o c c u r r en ce s   in   d o m es t ic   w a t e r   s y s t em s   at   h o u s e h o l d   o r   r e s i d en t i al  PO U s   [ 9 ] .   T h e   e v a lu a t i o n   o f   w a te r   q u a li ty ,   em p h as i zi n g   id e n t if i c a ti o n   o f   m i c r o b i a l   c o n t am in an ts   i n   w at e r   s y s tem ,   a t  n a t i o n a l  l ev e l  is   s t i ll   a t   i ts   in f an cy   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .  S ev e r a l   l im it at i o n s   o f   r e c en t   w a t e r   q u a li ty   m o n i t o r i n g   t e c h n i q u es ,   s u c h   as   th e   cu l tu r e - d e p en d en t   a p p r o a ch   an d   R i b o n u c l e i c   A c i d   ( R NA ) / D eo x y r i b o n u cl e i c   A c i d   ( D NA )   ex t r a c t i o n ,   a r e   c o m p l ex ,   t im e - c o n s u m in g ,   c o s t ly ,   an d   la b o r i o u s   [ 1 2 ] .   No tab l y ,   t h ese  t r ad itio n al  m et h o d s   t y p icall y   an a l y ze   d ata   in   s p ec i f ied   lab o r a to r y   e n v ir o n m e n ts ,   co n s tr ain in g   t h e  ab ili t y   f o r   r ea l - ti m e  m o n ito r in g .   Hen ce ,   th e y   h i n d er   th e  d ev elo p m e n t  o f   an   e f f ec tiv e  m o n ito r in g   s tr ateg y   f o r   d etec tin g   co n t a m i n an t s   at  P OU .  T h er ef o r e,   th er e  is   a  p r es s in g   n ee d   to   u n d er s ta n d   b ac ter ial  co m m u n it y   p r esen ce   p atter n s   i n   b u i ld in g   W DS  a n d   s tag n a n t  tap   w ater   u n d er   v ar i o u s   p ip elin e  co n d itio n s .   Mo s t   w ater   tr ea t m e n t  p lan t s   an d   u t ilit ies  g e n er all y   u s e   f ae ca l  in d icato r s   as  a  s ig n   o f   co m p r o m is ed   w ater   ec o s y s te m s .   Fo r   in s tan ce ,   th e  p r esen ce   o f   E .   co li  ex ce ed in g   s tan d ar d   co n ce n tr at io n   le v el  i n d icate s   p o s s ib le  h u m a n   o r   a n i m al  w as te  in tr u s io n   w it h i n   d is tr ib u tio n   s y s te m s   [ 1 3 ] .  I n d icato r   o r g an is m s ,   s u ch   as  to tal  co lif o r m s ,   ar e  f r e q u en tl y   e m p lo y ed   in   v ar io u s   w ater   m o n ito r in g   m et h o d s .   Ho w ev er ,   an   in s ig n if ica n t  co r r elatio n   ex is ts   b et wee n   th ese  i n d icato r s   an d   th e  ty p e  o f   p ath o g e n ic   s p ec ies  b ec au s e  t h e  ab s e n c e  o f   i n d icato r s   i n   w ater   d o es  n o t  g u ar an tee  th e   ab s e n ce   o f   p ath o g en ic   m icr o o r g an i s m s .   As  d escr ib ed   a b o v e,   m a n y   m o n ito r in g   tec h n iq u es  f o r   d etec tin g   m icr o b io lo g ical  co n ta m in an ts   ar e   o f ten   c u m b er s o m e   a n d   co m p l ex ,   r eq u ir in g   f u r t h er   an a l y s is   i n   a  lab o r ato r y   s etti n g   a f ter   s a m p lin g   p r o ce d u r es.   R ec en t l y ,   w ater   u tili tie s   ad o p ted   f lu o r esce n ce   an d   ab s o r b an ce   s p ec tr o s co p y   tec h n iq u es  d u e  to   th eir   ab ilit y   to   d etec t  b io lo g ical  q u alit y   m o n i to r in g   t h r o u g h   o b s er v a tio n   o f   f l u o r escen t  d is s o lv ed   o r g a n ic  m atter   ( DOM )   t h at   co r r elate s   to   th e  p r esen ce   o f   E .   co li   b ac ter ia   [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] .  A   s tu d y   d e m o n s tr ates   th e  ab il i t y   o f   f l u o r escen ce   s p ec tr o s co p y   to   d etec t  b ac ter ial  in tr in s ic  f lu o r o p h o r es  b ased   o n   ch e m ical  ce ll  co m p o s i tio n s :  a m i n o   ac id s ,   f la v in s ,   a n d   n ico ti n a m id e  n u cleo tid e  tr an s h y d r o g e n ase,   r e s u lt in g   i n   t h e  id en ti f icatio n   o f   b a cillu s   s u b tili s ,  s ta p h ylo co cc u s   a u r eu s ,  E s ch e r ich ia   co li ,   an d   p s eu d o mo n a s   a eru g in o s a   [ 1 6 ] .  Ho w ev er ,   DOM   in   th e  w ater   s y s te m   ca n   e m it  f l u o r escen ce ,   w h ich   s o m eti m e s   in ter f er es  w it h   o r   m as k s   b ac ter ial  f lu o r e s ce n ce   s i g n al  d u e  to   its   h i g h   s i g n al  i n te n s i ties ,   p o ten tiall y   lead in g   to   f al s e  id en tif icat io n .   Su c h   li m itat io n s   h av e  r ec en tl y   led   to   in cr ea s ed   i n ter est  to w ar d s   s p ec tr o s co p ic  tech n iq u e s   f o r   ass es s m en t  o f   w ater   q u a lit y   in   ec o s y s te m s .   T o   o v er co m e  th i s   w ea k n es s ,   in f r ar ed   ( I R ) ,   n ea r - in f r ar ed   ( NI R ) ,   an d   R a m an   s p ec tr o s co p y   t ec h n iq u es  p r o v id e  co m p le m e n tar y   tec h n o lo g ies  f o r   p r ec is ely   d etec ti n g   m icr o o r g an i s m s   i n   w ater   en v ir o n m e n t s .   T h is   v ib r atio n al   s p ec tr o s co p y   is   a  r elati v el y   s i m p le  b u t  r ap id   an d   p r ec is e  m eth o d ,   in ter p r etin g   t h e  “ f i n g er p r in t  r eg io n s ”  t h at  co r r esp o n d   to   cr itical  f u n c tio n al  g r o u p s   t h at  p r o v id e  in f o r m a tio n   ass o ciate d   w i th   u n tar g ete d   s p ec ies   [ 1 7 ] .  T h e  ess e n tial  ad v a n ta g es  o f   NI R   an d   R a m a n   in s tr u m e n tat io n   ar e  n o n - d estru ct iv e,   w i th   li ttle  to   n o   s a m p le   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         N o ve l in tern et  o f th in g s - s p ec tr o s co p y  meth o d s   fo r   ta r g eted   w a ter p o llu ta n ts   in   …   ( S ya h i d a h   N u r a n i Zu lkifli )   705   p r ep ar atio n ,   an d   th e  ab ilit y   t o   d is tin g u is h   d iv er s e  b ac ter i al  s p ec ies  w i th o u t  ex tr a  p r o ce s s i n g   p r o ce d u r es,  t y p icall y   i n v o l v i n g   t h r ee   p r o ce s s es:  s a m p le   co llectio n ,   s a m p le  s ca n n i n g ,   an d   s p ec tr u m   an a l y s i n g   [ 1 8 ] .  L e v er ag i n g   s p ec tr o s co p ic  ap p r o ac h es  en ab les  a  m o r e  p r ac tical  tech n iq u e  f o r   r ap id   b ac ter i al  id en tific atio n   i n   W DS .   T h er ef o r e,   th is   s tu d y   p r o v id es  u n d er s ta n d in g   o f   th e  m icr o b ial  ep id em io lo g y   i n   h o u s eh o ld   w ater   d eliv er y   i n f r astru c tu r e,   le v er ag in g   m o r e  ef f ec ti v e  m icr o b io lo g ical  m o n ito r in g   a n d   p ath o g e n   d etec tio n   i n   co m p le x   n a tu r al  s e tti n g s .   T h is   s t u d y   w as  i n s p ir ed   b y   th e  n ee d   to   p r o v id e  a  b etter ,   s u s tain ab le  w a ter   q u alit y   m o n ito r i n g   e f f o r t,  en s u r i n g   t h e  s af e t y   o f   t h e  w a ter   s u p p l y .   W h en e v er   p o s s ib le,   ch e m i ca l  s a m p li n g   o f   t h e   w ater   s h o u ld   co in cid e  w i th   b i o lo g ical  s a m p li n g   s o   th a t  q u alit y   m etr ice s   o f   s a m p le s   ca n   all  b e  c o r r elate d   w it h   o n e  an o th er .   He n ce ,   t h is   s tu d y   u til izes  t h e  NI R - R a m an   s p ec tr o s co p y   ap p r o ac h   f o r   t h e  id en ti f ica tio n   o f   m icr o b es  in   r esp o n s e  to   p H  lev el  an d   w ater   te m p er at u r e  at  h o u s e h o ld   P OU  lo ca tio n s .   T h r ee   ar ea s   o f   in ter est   w er e  ad d r ess ed   in   th is   s t u d y :  i)   th e  m icr o b ial  co m m u n ities   liv in g   in   t h e  h o u s e h o ld   w ater   ec o s y s te m ,     ii)  q u alit y   f ac to r s   af f ec ti n g   a n d   in f l u en ci n g   th e s e  co m m u n itie s ,   an d   iii)  ad v an ce s   in   r ea l - ti m e  m o n ito r i n g   tech n o lo g y   t h at  is   n ee d ed   to   s tu d y   t h ese  co m m u n ities   e f f ec ti v el y .   I d ea ll y ,   it  is   n ec es s ar y   to   estab lis h   a  r eliab le  m o n i to r in g   s tr ate g y   t h at  w o r k s   d ili g en t l y   f o r   t h e  d eter m i n atio n   o f   t h e  s p ec i f ic  m icr o b es  th at  o cc u p y   h o u s e h o ld   o r   r esid en tial  P OU s   an d   u n d er s tan d   s p ec ies  ep id em io lo g y   i n   th e  ec o s y s te m .   Ho w e v er ,   th at  s till   r ep r esen ts   a  s i g n if ica n t  g ap   in   k n o w led g e.   As  h i g h lig h ted   ab o v e,   av aila b le  w ater   m o n i to r in g   tec h n i q u es   n ee d   to   f o cu s   o n   m o n i to r in g   th e   q u alit y   o f   w ater   at  th e  co n s u m p tio n   le v el.   T h e  m aj o r it y   o f   W QM   ap p licatio n s   ar e  p lace d   o n   tr ea t m e n t   f ac ilit ies  an d   s e v er al  w ater   b ase  s tatio n s ,   co n ce n tr ati n g   o n   th e  q u alit y   o f   w ater   r eso u r ce s   r ath er   th a n   th e  w ate r   th at  i s   d eli v er ed   to   u s er s .   Hen ce ,   th is   lead s   to   d ata  s ca r cit y   r elate d   to   ev en ts   o f   co n ta m i n at io n   at  r esid e n tial  o r   h o u s e h o ld   P OUs.  C o n s eq u e n tl y ,   s m all   d atasets   co u ld   n o t  p r o v id e  a  t h o r o u g h   i n s ig h t  i n to   m icr o b ial  co n ta m i n atio n   e v en ts   w ith in   t h e  W DS ,   a s   t h e  q u alit y   o f   w a ter   co n s ta n tl y   f l u ctu a tes  o v er   ti m e.   A d d itio n all y ,   n o   q u an ti tati v e  s t u d y   an d   e x p licit  m o n ito r in g   h a v e  b ee n   d o n e  in   Ma la y s ia  d ed icate d   to   t h e  id en ti f icatio n   o f   tar g eti n g   m icr o b ial  co n ta m i n an ts   w it h in   t h e  h o u s e h o ld   W DS  [ 1 9 ] .  T h e  tr u e  d iv er s it y   o f   m icr o b es  th at   pr esen ce   in   r esid e n tial  w a ter   n et w o r k   s y s te m s   f o r   o n ce   ca n   b e  s tu d ied ,   p ar ticu lar l y   at  P OU  lo ca tio n s .   T h e  s cien t if ic   u n d er s ta n d in g   a n d   tech n o lo g ical  ad v a n ce m e n t  n ec ess ar y   to   ch ar ac ter ize  m icr o b es  in   h o u s e h o ld   w ater   s y s te m s   co m e  at  a  t i m e  w h e n   t h e  n ee d   to   m a k e  i n f o r m ed   d ec is io n s   ab o u t   u p g r ad in g   a n d   o p ti m iz in g   q u alit y   w ater   s u p p l y   at  P OUs   h as  n ev er   b ee n   g r ea ter .   A i m in g   to   f ill  t h e  r esear ch   g ap ,   th is   s t u d y   o f f er s   an   alter n ati v e  s o l u tio n   f o r   th e  d e tectio n   o f   m icr o b ial  co n ta m i n an ts   i n   d o m e s tic  w ater   u s ed   a t  h o u s eh o ld   P OUs.  T h u s ,   th e  s ig n i f ica n t c o n tr ib u t io n   o f   th is   s t u d y   i s :   −   Fis t - h an d   i n f o r m a tio n   o n   h o u s e h o ld   P OUs ’   w ater   q u ali t y   v ar iab les  af f ec ti n g   m icr o b ia l  co m p o s i tio n   w it h i n   th e  d o m e s tic  w ater   p ip elin e  s y s te m   in   r esp o n s e  to   n atu r al  en v ir o n m e n tal  s ett in g s   an d   w ate r  s tag n atio n   p er io d s .   −   No n - i n v asi v e  an d   r eliab le  m ic r o b ial  id en tif icatio n   m eth o d s   u s i n g   r ap id   NI R - R a m an   s p ec t r o s co p y   b ased   o n   f i n g er p r in t sp ec tr al  an al y s i s   in   r esp o n s e  to   q u alit y   p ar a m eter s .   −   I n tr o d u ctio n   o f   n o v el  i n telli g en t   p o r tab le  s p ec tr o m eter   d ev ice  f o r   co n ta m in a n t s   d etec tio n   at  P OUs   r eg io n s ,   ca p ab le  o f   r ea l - t i m e  e v alu a tio n   v ia  w ater   q u alit y   i n d ex   ( W QI )   m o n ito r in g .   T h e  ar ticle  is   s tr u ctu r ed   as  f o llo w s :  s ec tio n   2   d escr ib ed   th e  m et h o d o lo g y   u s ed   in   t h is   w o r k ,   h ig h li g h ti n g   th e  ap p r o ac h   an d   tech n iq u e  u s ed   f o r   t h e  id en ti f icatio n   o f   co n ta m i n a n ts .   Sec t io n   3   p r o v id es  th e   d etails  o f   t h e  r esu lts   a n d   a  d is cu s s io n ,   w it h   an   e v al u atio n   o f   th e  t y p e s   o f   co n ta m i n a n ts   d e tecte d   in   th e  P OU   r eg io n s .   Mo r eo v er ,   it  al s o   i n t r o d u ce s   a  p r o p o s ed   d etec tio n   d ev ice  an d   ap p r o p r iate  d esig n   to   m o n ito r   w ater   q u alit y   at  h o u s eh o ld   P OUs a d eq u atel y .   Fi n all y ,   s ec tio n   4   co n clu d e s   th i s   s t u d y .         2.   M E T H O D   Fo llo w i n g   th e  MW A   d esi g n   g u id elin e s   f o r   w ater   s u p p l y   s y s te m s ,   co m p r eh e n s i v e  g u id an c e  o n   w a ter   s u p p l y   m a n ag e m e n t   s y s te m s   w a s   co llab o r ativ el y   d ev e lo p ed   b y   w ater - r elate d   in s t itu tio n a l  s tak e h o ld er s   f r o m   b o th   th e  p u b lic  an d   p r iv ate  s ec to r s   [ 2 0 ] .   T h is   s ec tio n   d escr ib ed   th e  d etail  m eth o d s   u s ed   f o r   d ata  s am p li n g ,   q u alit y   p ar a m eter s   ex a m i n atio n ,   m icr o b ial  id en ti f icat io n ,   an d   d ata  an al y s i s .     2 . 1 .     Da t a   s a m pli ng   T h e  s a m p lin g   s ites   co m p o s e  v ar io u s   r e s id en tial  P OU  tap   w ater   s o u r ce s   i n   s t u d en t  r esid en cies  a n d   h o u s e h o ld   b u ild in g s   at  S k u d ai  R eg io n s ,   J o h o r ,   Ma lay s ia,   en co m p as s i n g   s a m p li n g   ar ea s   o f   1 , 1 4 8   h ec tar es.  T h e  p r im ar y   w ater   s u p p l y   w a s   o b tain ed   f r o m   t h e  lo ca l   w ater   a u th o r it y ,   w h ic h   m a n ag es  p o tab le  w ater   d is tr ib u tio n   i n   th e  r eg io n   an d   o r ig in ates  f r o m   Gu n u n g   P u l ai  W ater   T r ea tm en t  P lan t.  T h e  s a m p lin g   o cc u r s   d u r in g   th e  s h i f ti n g   cli m a te  f r o m   h ea v y   m o n s o o n   s ea s o n   ( No v e m b er   2 0 1 7   to   J an u ar y   2 0 1 8 )   t o   d r y   s ea s o n   ( m id - Feb r u ar y   2 0 1 7   to   A p r il  2 0 1 8 ) .   A s   f o r   th e  ev alu atio n   o f   w ater   q u alit y   d u r in g   s ta g n atio n   p er io d s ,   th e   s a m p le  w a s   co llected   d u r i n g   m id - s e m ester   b r ea k s   w it h   t h r ee - w ee k   in ter m i tten t   u s ag e.   A r ea s   o f   tap   w ate r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  23 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :  7 03 - 7 15   706   s a m p les  w it h   co n s i s te n t  an d   s m o o th   w a ter   f lo w   w er e  co n s id er ed   m etic u lo u s l y   to   o b s er v e  an y   p o ten tia l   m icr o b ial  p r esen t   w it h i n   t h e  d is tr ib u tio n   s y s te m .   T ap s   w it h   i n ter m itte n t  f lo w s   w er e  late r   s elec ted   to   r ef lect   w ater   q u alit y   d u r i n g   s ta g n atio n   p er io d s ,   as  tem p o r ar y   f l u ctu atio n s   ca n   i n h ab it  cl u m p s   o f   p o ten tial  m icr o b ial   co n ta m i n a n ts   i n   r esid en tia l  p lu m b i n g   s y s te m s   [ 2 1 ] .  W ater   q u alit y   ev al u atio n   w as  d o n e   o n l y   o n   s a m p le s   co llected   at  r esid e n tia l  s tan d p ip es.  No   an al y s i s   w a s   co n d u cted   o n   w ater   en ter in g   t h e  d is tr ib u tio n   s y s te m .   Fo llo w i n g   th e  W HO  Gu id elin es  fo r   Dri n kin g   W a ter  Qu a lity ,   2 8 8   w ater   s a m p le s   w er e  co llected   w it h i n   s i x   m o n t h s ,   co n s id er in g   th e  s u f f i cien t  s a m p le  s ize  r ec o m m en d ed   f o r   w a ter   d is tr ib u tio n   n et w o r k s   in   r esid e n tial   r eg io n s .   A s   f o r   s tag n atio n   an al y s i s ,   1 2 0   w a ter   s a m p les  w er e  co llected   w i th i n   th r ee   w ee k s ,   w it h   p r e - s ta g n atio n   ev alu a tio n   i n   t h e  f ir s t   w ee k   o f   Ma r ch   2 0 1 8   an d   p o s t - s ta g n atio n   s a m p les  co llected   t h r e e  w ee k s   later .   T h e   s a m p le  w as  co llected   in   ex ac t  m o n th l y   lo ca tio n s   u s i n g   1 0 0   m L   b o r o s ilicate  g las s w ar e,   ca lcu lati n g   th e  m ea n   v alu e  o f   t h r ee   m ea s u r e m e n ts   tak en .   P r io r   to   co llectin g   wate r   s a m p les,  in   s it u   m ea s u r e m en ts   o f   p h y s ical   p ar am eter ;  p H  an d   te m p er atu r e,   w er e  co n d u cted   at  ev er y   s a m p lin g   lo ca tio n .   No   s to r ag e  o r   p r eser v atio n   s tep s   w er e  r eq u ir ed .     2 . 2 .     Q ua lity   pa ra m et er s   e x a m i na t io n   T h e  h ea lth   s tatu s   o f   w ater   w a s   ev alu ated   ac co r d in g   to   th e  q u alit y   s tan d ar d s   p r o v id ed   b y   t h e  E P A ’ s  Natio n al  Sta n d ar d   f o r   Dr in k in g   W ater   Qu alit y .   A lt h o u g h   a  p H  v alu e  o f   7   is   c o n s id er ed   id ea l   f o r   d r in k in g   w ater ,   t h e  r ec o m m en d ed   q u ali t y   le v el  f o r   p H  m u s t  lie  b et w e en   th e  r a n g e  o f   6 . 5 - 8 . 5   [ 2 2 ] .  Gen er all y ,   d r i n k i n g   an d   tap   w ater   te m p er at u r e  ev o lv es  ar o u n d   2 5   °C ;  h o w ev er ,   w h er ev er   p o s s ib le,   th e  te m p er atu r e  s h o u ld   id ea ll y   b e  o u ts id e  th e  r an g e  o f   2 5 – 5 0   °C   to   h in d er   th e  g r o w th   o f   m icr o o r g an i s m s   [ 2 3 ] .   T h e  o p t i m u m   p H  r an g e  f o r   th e  g r o w t h   a n d   s u r v i v al  o f   m o s t  tar g eted   m icr o o r g an is m s   in   w ater   en v ir o n m e n ts   b as ed   o n   W HO  q u alit y   s tan d ar d   [ 2 4 ] .  Me asu r e m e n ts   th at  w er e  n o t  w it h in   ac ce p tab le  r an g e  w er e  tak e n   to   th e  lab o r ato r y   f o r   f u r th er   an al y s is   u s in g   a  b en c h to p   R a m an   s p ec tr o m eter .   Me as u r e m en t  o f   p H  le v el  w as  co n d u ct ed   u s i n g   a  Se m lo s   d ig ital  p H  m e ter ,   h av i n g   a  r eso lu tio n   o f   0 . 0 1   an d   a  d etec tab le  p H   r an g e  f r o m   0 . 0 0   to   1 4 . 0 0 .   T h e  ca lib r atio n   m ed iu m   u s ed   w a s   a  p H  b u f f er   p o w d er   s o lu tio n   w it h   p H  o f   4 . 0 1   an d   6 . 8 6 .   T h e  HI 9 8 5 0 1   C h ec k te m p ®  Dig ital   T h er m o m eter   f r o m   Ha n n a®  I n s tr u m e n t s   w as  u s ed   to   m ea s u r e  w a ter   te m p er atu r e.   I t  p r o v id es  h ig h   ac cu r ac y   w it h   a  p r ec is io n   o f   ± 0 . 2   °C   a n d   a  r eso lu tio n   o f   0 . 1   °C .   T h e  d ev ice  ca n   r ec o r d   tem p er at u r es  r an g i n g   f r o m   - 5 0 . 0   to   1 5 0 . 0 °C .   T h e  te m p er atu r e  m eter   w as c al ib r ated   u s i n g   th e  C AL   C h ec k ™   f ea t u r e.     2 . 3 .     M icro bia l   identif ica t io n   Mic r o b ial  id en tif ica tio n   w a s   co n d u cted   u s in g   a   R a m an   b e n ch to p   s p ec tr o m e ter   an d   t h e  HORIB A  L ab R A M  H R   E v o lu tio n   m o d e l.  T h e  in s tr u m e n tatio n   en clo s e s   a  d u al  laser   in p u t  ( 5 3 2   n m   a n d   7 8 5   n m )   w ith   a   p o w er   o u tp u t  o f   1 0 0   m W ,   a  h o lo g r ap h ic  g r atin g   w i th   a  d en s it y   o f   1 8 0 0   g r / m m ,   a  b ac k s ca tter ed   co n f o ca l   m icr o s co p e  s y s te m   w it h   a  1 0 0   o b j ec tiv e,   5 0 0   p in h o les,  an d   a  2 0 0   s lit  w id t h .   A   s i lico n   ( Si)  s u b s tr ate  s ize  o f     1   m m × 1   m m   w as  u s ed   f o r   s p ec tr u m   ca lib r atio n ,   o b tain i n g   R a m a n   s h i f t  w a v e n u m b er   an d   p ea k   in te n s ities   a t   5 2 0   cm - 1 ,   w h o s e  s p ec tr al  s tr u ctu r es  ar e  w ell - k n o w n   i n   lite r atu r es.  T h e  m et h o d   o f   m ea s u r e m e n ts   i n v o l v i n g   R a m a n   m ap p in g   tec h n iq u e,   s ca n n i n g   n in e   m ea s u r e m e n ts   o f   d if f er en t   p o in t - to - p o in t  o n   th e  R a m a n   cr o s s - s ec tio n   w ater   s a m p le  to   av o id   o v er lo o k   ac q u is i tio n s .   T o   d if f er en tiate  co n ta m i n ated   a n d   u n co n ta m i n ated   w ate r  s a m p les,  R a m a n   s p ec tr a  f o r   p u r e  w a ter   s er v es  as  a  co n tr o l  v ar iab le,   w er e  an al y s e d   w ith in   p ea k s   at   w a v e n u m b er   r an g in g   f r o m   2 7 0 0   cm - 1   to   3 6 0 0   cm - 1 ,   co r r esp o n d in g   to   H 2 O  m o lec u le s .   An y   d is ti n ct  p ea k s   p r esen t  b elo w   t h e  s p ec i f ied   r an g e,   al s o   k n o w n   as  t h e  “f in g e r p r in t  r eg io n s ”,   s p a n n in g   f r o m   4 0 0   cm - 1   to   1 8 0 0   cm - 1 ,   i n d icate   p o s s ib le   i m p u r ities   o r   o th er   s u b s ta n ce s   in   t h e  w ater   s a m p le   [ 2 5 ] .  Mic r o b ial  s p ec ies   id en ti f icatio n   u s in g   R a m an   s p ec tr u m   a n al y s is   i s   b ased   o n   s i g n at u r e  p ea k s   w it h i n   a  r an g e  o f   b an d s   as s o ciate d   w it h   ea c h   ce ll  m ac r o m o lec u l e  m o n o m er ,   d ep ictin g   d is ti n c tiv e  f u n ctio n a l  g r o u p s   [ 2 6 ] .  T h is   is   d u e  to   th e   v ib r atio n al  m o d es  ( s y m m e tr i c,   as y m m etr ic,   an d   b en d i n g )   w it h i n   m o lec u lar   ce ll  co m p o s itio n ,   ca u s ed   b y   r ad iatio n   o f   lig h t s   in d u ce d   b y   R a m a n   s p ec tr o s co p y ,   m o d if y in g   t h e  m o lec u lar   s tr u ct u r e  o f   s p ec ies  ce lls .   Fo r   in s ta n ce ,   ch ar ac ter izi n g   s p ec tr al  s ig n at u r e  p ea k s   f o r   m o n o m er s   o f   lip id s   in   m icr o b ial  ce lls ,   s u c h   as  f att y   ac id s ,   ar e  r ep r esen ted   in   R a m a n   s h i f t  at  1 , 2 7 8   cm - 1   an d   1 , 7 4 6   c m - 1 ,   in d icati n g   th e  C = C   a n d   C =O   s tr etc h i n g   m o lecu lar   p atter n s   [ 2 7 ] .   A   n o n - d estr u cti v e  R a m a n   s p ec tr o s co p y   is   a  p o w er f u l  m et h o d   f o r   th e  d etec tio n   o f   m icr o b ial  co n ta m i n an t s   in   wate r   en v ir o n m en t s ,   o f f er i n g   t r e m en d o u s   ad v a n ta g es   o v er   o th er   w ater   q u al it y   m o n ito r i n g   m et h o d   as e x te n s i v el y   d i s cu s s ed   in   [ 2 8 ] .     2 . 4 .     Da t a   a na ly s is   T h e  Or ig in P r o   8 . 6   s o f t w ar e  w a s   u s ed   f o r   s tati s tical   an al y s is   a n d   i n ter p r etatio n   o f   t h e  d is tr ib u tio n   p atter n s   f o r   q u alit y   m ea s u r e m en ts   co llected   at  r e s id en tia l  P OUs.  T h e  d ata  p r e - p r o ce s s in g   o f   ac q u ir ed   R a m a n   s p ec tr a  w a s   also   ex ec u ted .   T h e  in itial  s tep s   f o r   r ef i n i n g   t h e  ac q u ir ed   R a m an   s p ec t r u m   ar e  w av e n u m b er   ca lib r atio n ,   b an d   f itti n g ,   p o l y n o m ial  s m o o th in g ,   b ac k g r o u n d   co r r ec tio n ,   an d   n o r m a lizati o n .   B y   co m p ar in g   u n k n o w n   ac q u ir ed   s p ec tr a  to   s p ec tr a  in   th e  d atab ase,   Kn o w I t A ll ® in itiate s   a  cr o s s - e x a m in a tio n   s ea r ch .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         N o ve l in tern et  o f th in g s - s p ec tr o s co p y  meth o d s   fo r   ta r g eted   w a ter p o llu ta n ts   in   …   ( S ya h i d a h   N u r a n i Zu lkifli )   707   3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   3 . 1 .     A na ly s is   o f   pa ra m et er s   T ap   w ater   s a m p les  w er e  tak en   i n   r esp o n s e  to   s ea s o n al  f l u ctu a tio n s ,   r a n g in g   f r o m   h ea v y   r ai n   ( No v e m b er   2 0 1 7   to   J an u ar y   2 0 1 8 )   to   d r y   s u m m er   ( Feb r u ar y   2 0 1 8   to   A p r il  2 0 1 8 )   w ea t h e r .   Fin d in g s   s h o w ed   th at  al m o s t  2 . 4 %  o f   tap   w a ter   at  r esid en tial  P OU  w a s   ac id ic,   b elo w   6 . 5 .   S ev en   wate r   s a m p les  w er e   in ap p r o p r iate  f o r   d r in k in g   o r   d ail y   u s e,   an d   t h e  s a m p le  w a s   co llected   b et w ee n   No v e m b er   2 0 1 7   an d   J an u ar y   2 0 1 8 .   T h e  r em ai n in g   w a s   w it h in   ac ce p tab le  r an g e  o f   p H  f r o m   p H  6 . 2 4   to   8 . 5 8   an d   tem p er atu r e  f r o m   2 2 . 0 5   °C   to   3 2 . 1 5   °C .   T h er e  w er e   n o   i n d icatio n s   o f   tap   w ater   s a m p l es  b elo w   6 . 5   b etw ee n   Feb r u a r y   2 0 1 8   an d   A p r il  2 0 1 8 ,   s u g g e s ti n g   th at   all  s a m p les  w it h in   th a t  p er io d   ar e  w i th i n   ac ce p tab le  v al u e.   D u r i n g   th e  r ai n y   m o n s o o n   s ea s o n   ( No v e m b er   2 0 1 7   to   J a n u ar y   2 0 1 8 ) ,   th e  am b ie n t  te m p er atu r e  w as  2 8   °C ,   an d   th e  lo w est  w a s   2 2   °C .   Me an w h ile,   t h e  p ea k   a n d   lo w est  a m b ie n t  te m p er atu r es  th r o u g h o u t  th e  d r y   a n d   s u n n y   s ea s o n s   ( Feb r u ar y   2 0 1 8   to   A p r il  2 0 1 8 )   w er e  3 3   °C   an d   2 4   °C ,   r esp ec tiv el y .   Am b ie n t  te m p er atu r e  w a s   m ea s u r ed   o n   th e  d a y   o f   s a m p le   co llectio n .   Fro m   t h e  o b s er v a t io n ,   th e  a v er a g e  a m b ie n t  te m p er atu r e  in   t h e  r ai n y   s ea s o n   ( No v e m b er   2 0 1 7   to   J an u ar y   2 0 1 8 )   w as  s ig n i f ica n tl y   lo w er   t h an   i n   t h e  w ar m   a n d   s u n n y   s ea s o n   ( Feb r u ar y   2 0 1 8   to   A p r il  2 0 1 8 ) ,   w h ic h   co u ld   ex p lai n   th e  s lig h t  p H  d r o p   o b s er v ed   at  P O U  lo ca tio n s .   A n y   r ea d in g s   t h at  w er e  n o t  w it h i n   ac ce p tab le  r an g es  f o r   tap   w at er ,   as  p r o v id ed   b y   en v ir o n m e n tal  ag e n cie s ,   w er e  m ar k ed   as  o u tlier s .   Ou tlier s ’   id en ti f icatio n   en ab les   t h e  s ep a r atio n   o f   co n ta m in a ted   w ater   s a m p les,  w h ic h   w er e  f u r th er   u s ed   f o r   co m p o s itio n   an al y s is   u s i n g   s p ec tr o s co p ic  tech n iq u es.  T h ese  o u tlier s   r e p r esen t  ac tu al  ev e n t s ,   s u c h   as  s p ik es  i n   w ater   te m p er atu r e  co r r esp o n d in g   to   p H  d r o p s   ass o ciate d   w it h   b io lo g ical  co n ta m i n atio n   [ 2 9 ] .  A c id ic  w ater   s a m p l e s   in   t h e  d is tr ib u t io n   s y s te m   te n d   to   h a v e  a  h i g h er   r is k   o f   m icr o o r g an i s m   co n ce n tr atio n s   ca u s ed   b y   f ae ca l   co n ta m i n atio n ,   s to r m w ater   r u n o f f ,   w as te  e m is s io n s ,   a n d   r a p id   u r b an izatio n   ac t iv i ties .   T h er e  is   co n s id er ab le  ev id en ce   t h at  en v ir o n m e n tal  f ac to r s   ca n   ca u s e  s u d d en   d r o p s   in   p H  lev els,  r es u lti n g   i n   m ic r o o r g an is m   ac t iv i t y   in   d is tr ib u tio n   s y s te m s ,   as  s u p p o r ted   b y   o th er   s tu d ies   [ 3 0 ] ,   [ 3 1 ] .  T ab le  1   p r esen ts   th e  ex tr e m e  p H  lev el  an d   te m p er atu r e  co n d itio n s   i n   r es id en tial  P OU  lo ca tio n s ,   in cl u d in g   a m b ie n t  te m p er at u r e  m ea s u r ed   d u r in g   t h e   m o n t h   o f   s a m p le  co llecti o n .       T ab le  1 .   E x tr em e  v alu e  o f   p H  lev el  b elo w   6 . 5   at  s ev er al  r esi d en tial P OU  lo ca tio n s   S a mp l i n g   mo n t h s   A mb i e n t   t e m p e r a t u r e   ( H i / L o ) ,   °C   R e si d e n t i a l   P O U   l o c a t i o n s   Q u a l i t y   p a r a me t e r s   pH   T e mp .   ( ° C )   N o v e mb e r   2 0 1 7   2 8 / 2 4   L H 02   6 . 2 7   3 1 . 9 0   L G 10   6 . 3 2   2 9 . 8 3   D e c e mb e r   2 0 1 7   2 6 / 2 4   L H 03   6 . 4 8   2 9 . 8 7   L G 09   6 . 4 6   2 5 . 6 0   Jan u a r y   2 0 1 8   2 4 / 2 2   L G 11   6 . 3 5   2 9 . 8 8   L G 16   6 . 2 4   2 9 . 3 5   L K09   6 . 3 2   2 8 . 2 1       T h e  m o s t  ac id ic  w ater   s a m p l es  w er e  f o u n d   in   P OU  L G16 ,   h av i n g   a  p H  d r o p   o f   6 . 2 4   at  2 9 . 3 5 °C   in   J an u ar y   2018   w it h   th e  lo w est   am b ie n t  te m p er at u r e.   T h e  h i g h e s t  p H  w as  i n   Dec e m b er   2 0 1 7 ,   w ith   a  v al u e  o f   6 . 4 8   an d   6 . 4 9   in   th e  P OU  lo ca tio n   at  L H03   a n d   L G09 ,   r esp ec ti v el y .   B ased   o n   d is tr ib u tio n al  p atter n s ,   h i g h   w a ter   t e m p er atu r e  co r r esp o n d ed   to   lo w   p H  v al u es ;  a  s i m ilar   tr en d   in   o th er   f in d i n g s   w as  al s o   p r esen ted   p r ev io u s l y   [ 3 2 ] .  T h ese  ex tr e m e  d ata  w er e  is o lated   f o r   f u r t h er   in v est ig atio n   in to   it s   co m p o s itio n   to   d eter m i n e  w h et h er   it   co n tain s   an y   b io lo g ica l  p r o p er ties .   L o w   p H  an d   h i g h   te m p er at u r es  i n   w a ter   ca n   in d ee d   tr ig g er   b ac ter ial   p r o d u ctio n ,   b u t th e  ex ten t o f   t h is   e f f ec t d ep en d s   o n   v ar io u s   f ac to r s .     3. 2 .     Ra m a n s pect ru m   inte r p re t a t io n   T h e  id en tif icatio n   o f   ch ar ac ter is tic  p ea k s   i n d icate s   t h at  s e v e n   w ater   s a m p le s   w er e  co n ta m i n ated   w ith   b ac ter ia  s p ec ies  k n o w n   as  t h e   g r a m - n eg a tiv e   Leg io n ella   g e n u s .   T h e  p r ep r o ce s s in g   o f   R a m an   s p ec tr a  u s i n g   th e  f ir s t  d er iv ativ e  an d   Sa v i ts k y - Go la y   ( SG)   s m o o t h i n g   tech n iq u e  ar e  s h o w n   i n   Fig u r e s   1 ( a)   an d   ( b ) ,   r esp ec tiv el y .   Fi g u r e  1 ( c)   d is p l a y s   t h e  R a m an   s p ec tr a  f o r   tap   w ater   s a m p le s   t h at  ar e  co n tam i n ated   at  s p ec i f ic   P OU   lo ca tio n s ,   n a m el y   L H02 , L G10 ,   L H03 ,   L G11 ,   L G16 ,   a n d   L K0 9 .   E ac h   lo ca tio n   w as d ep icted   u s i n g   d is t i n ct  co lo u r   co d es f o r   th e  ac q u ir ed   s p ec tr a,   w it h   s h ad ed   r eg io n s   in d icati n g   ch ar ac ter is tic  p ea k s   f o r   Leg i o n ella   s p ec ies.  T h e   R a m a n   s p ec tr a  e x h ib it  d is tin c t   p ea k s   co r r esp o n d in g   to   t h e  c ellu lar   co m p o s itio n s   o f   m ac r o m o lecu le s   f o u n d   in   b ac ter ial  ce lls   r ep r esen t i n g   p o l y s ac c h ar id es,  p r o tein s ,   a n d   n u cleic   ac id s   [ 3 3 ] .  I n   P OU  lo ca tio n s   L G09   an d   L G11 ,  h o w ev er ,   th er e  ar e  s lig h t  s p e ctr al  in ten s it y   d i f f er en ce s   b etw ee n   1 , 2 8 0   cm - 1   an d   1 , 3 2 0   c m - 1 .   T h e  s ig n i f ican t   m ed iu m - i n te n s it y   p ea k s   f all  ar o u n d   b an d   1 , 3 0 0   cm - 1   an d   g r a d u all y   w ea k er   p ea k s   at  1 , 3 1 7   c m - 1 .       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                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  23 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :  7 03 - 7 15   708       ( a)   ( b )       ( c)     Fig u r e  1 .   A cq u ir ed   R a m a n   s p e ctr a ;   ( a)   r aw   s p ec tr u m ,   ( b )   s m o o th ed   SG f ilter i n g   s p ec tr u m ,   an d   ( c)   Leg io n ella   b ac ter ia  s p ec ies in   s e v en   P OU   tap   w ater   s a m p le s   at  lo ca tio n s ; L H02 ,   L G10 ,   L H03 ,   L G11 , L G 16 ,   an d   L K09       T h er e  ar e  s u b tle  v ar iatio n s   in   th e  s p ec tr al  d i f f er en ce s   w it h i n   th e  r a n g e  o f   1 , 6 7 0   cm - 1   to   1 , 7 0 0   cm - 1 .  T h e  r eg io n   r ep r esen ts   a m id e   m o lecu lar   v ib r atio n s ,   i n d ic atin g   a m id e  b o n d s ’   s ec o n d ar y   s tr u c tu r es  [ 3 4 ] .  P r ec is ely ,   th e s e  ar ea s   co r r esp o n d   to   th e  a m id e - t y p e  I   a n d   I I I   m o lecu lar   b o n d s   o f   a m i n o   a cid s .   T h e  h y d r o g e n   b o n d in g   b et w ee n   a m in o   ac id   r esid u e  s tr u c tu r es  ca u s es  d if f er en ce s   in   ab s o r b an ce   in te n s it ie s   d u e  to   d if f er en tial   m o lecu lar   p atter n s   a n d   g eo m etr ic  o r ien tatio n s   [ 3 5 ] .   T h e  s ig n a tu r e  p ea k s   id e n ti f icatio n   w a s   co n d u c ted   b y   co m p ar i n g   t h e  ac q u ir ed   R a m an   s h i f t  ( w a v e n u m b er )   to   th e   w a v en u m b er   f r o m   t h e  R a m a n   b an d   co r r elatio n   tab le  an d   p r ev io u s   s t u d ies  co n d u cted   o n   Leg io n ella   b ac ter ia  id en tif ica tio n ,   as  s u m m ar is ed   in   T ab le  2 .   T h e   p r o m i n en t  R a m an   p ea k s   ar e  s ee n   at  w av e n u m b e r s   o f   3 , 0 4 3 . 8   cm - 1 ,   3 , 3 9 4 . 3 4   cm - 1 ,   an d   3 , 6 3 8   cm - 1 ,   s u g g e s ti n g   th e  p r esen ce   o f   H 2 O  b o n d s ,   w h ich   co r r esp o n d   to   w ater   m o l ec u les  s tr etc h i n g   v ib r atio n s   [ 3 6 ] ,   [ 3 7 ] .   T h e  p ea k s   o b s er v ed   at  b an d s   7 4 9 . 3 7   cm - 1   an d   7 7 6 . 5 0   cm - 1   r ep r esen t  p o ly s ac c h ar id e  co m p o s it io n s   i n   Leg io n ella   s p ec ies   m e m b r a n e  ce ll s ,   ac co m m o d atin g   to   s tr o n g   C - H  s tr etc h i n g   v ib r atio n   s i g n als  [ 3 8 ] .   Ma j o r   p o ly s ac c h ar id e   co m p o n e n t s   i n   m icr o o r g a n is m   ce ll  m e m b r an es  a s s o ciate d   w i th   t h e  p ea k   ce n tr ed   ar o u n d   7 5 7   cm - 1   in d icate   t h e   p r esen ce   o f   x y lo g l u ca n   c h ain s   [ 3 9 ] .   T h e  R am a n   Leg io n ella   s p ec tr u m   s h o w s   v is ib le  p ea k s   at  b an d s   8 2 9   cm - 1   an d   8 9 2 . 5 2   cm - 1 ,   r ep r esen ti n g   f ea t u r es  o f   th e  ar o m atic  a m i n o   ac id   t y r o s in e.   T h e  p h e n o l  r i n g   b r ea t h i n g   m o d es  an d   o v er to n e  d ef o r m a tio n   m o d es a r e  ca u s ed   b y   d o u b le - b o n d ed   ar o m atic  a m in o   ac id   t y r o s in e  s ee n   i n   s p ec if ied   b an d s .   W h ile  a  R a m a n   co r r elatio n   ta b le  w as  u t ilis ed   f o r   id en ti f y i n g   s p ec i f ic  p ea k s ,   s ta tis tica l  co r r elatio n   an al y s is   w as   also   p er f o r m ed   b et w ee n   t h e  t w o   s p ec tr a  c o r r esp o n d in g   to   ea c h   w a v e n u m b er   to   v alid ate   L e g io n ella ’ s   d is ti n cti v e  p ea k s   f u r th er ,   as  s h o w n   i n   F ig u r e  2 .   Fig u r e  2 ( a)   p r esen t s   t h e   co m p ar i s o n   b et w ee n   R a m a n   s p ec tr a  m ea s u r ed   o n   c o n ta m i n ated   P OU  tap   w ater   s a m p les  a n d   th e  Leg io n ella   cu l tiv atio n   o n   a n   ag ar   p late  ( co n tr o l  v ar iab le) .   T h e  Pear s o n   co r r elatio n   an al y s is   w a s   p er f o r m ed   to   an al y s e  s i m ilar ities   b et w ee n   b o th   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         N o ve l in tern et  o f th in g s - s p ec tr o s co p y  meth o d s   fo r   ta r g eted   w a ter p o llu ta n ts   in   …   ( S ya h i d a h   N u r a n i Zu lkifli )   709   s a m p les  b y   m ea s u r in g   th e  co r r elatio n   v alu e,   r .   T h e  ab s o r b an ce   in te n s i ties   an d   R a m a n   w a v e n u m b er   s h i f t s   w er e  s et  as  v ar iab les  u s ed   in   th e  co r r elatio n   alg o r ith m .   T h e  P ea r s o n   co r r elatio n   c o ef f ici en t  v al u es  b et w ee n   b o th   s a m p les  co n tai n i n g   Leg i o n ella   b ac ter ia  w er e  r =0 . 9 5 1 2 7   an d   r =0 . 9 5 4 4 2 ,   w h ic h   w e r e  ass o ciate d   w i t h   ab s o r b an ce   in te n s itie s   a n d   R a m an   s h i f t,  r esp ec ti v el y .   T h i s   i n d icate s   a  s tr o n g   co r r elatio n   b et w ee n   b o th   R a m an   s p ec tr a,   in d icatin g   h i g h   s i m il ar ities ,   ar o u n d   9 5 %,  o f   R a m a n   s i g n at u r e  p ea k s   f o r   Leg io n ella   b ac ter ia  in   th e  m ea s u r ed   an d   co n tr o lled   s am p les.  T h e  Kn o w I t All  s p ec tr al  d atab ase  s y s te m   co m p ar es  th e s e  b ac ter ia  to   th o s e  in   t h e  d atab ase  b ased   o n   p er ce n tag e   s i m ilar itie s .   Fi g u r e  2 ( b )   co m p ar es  d atab ase  s p ec tr a  an d   m ea s u r ed   s p ec tr a   f o r   P s eu d o mo n a s   ( d ata  v alid atio n )   an d   Leg io n ella ,   h av in g   h i g h   co r r elatio n   p er ce n tag es  o f   9 5 . 1 3 %  an d   9 6 . 8 1 %,  r esp ec tiv el y .       T ab le  2 .   C r o s s - ex a m i n atio n   o f   b an d s   ass i g n m e n t  f o r   Leg io n e lla   s p ec ies R a m an   s p ec tr u m   M e a su r e d   R a ma n   s h i f t   ( c m - 1 )   R e f e r e n c e   R a m a n   sh i f t   ( c m - 1 )  [ 4 0 ] - [ 4 3 ]   M o l e c u l a r   v i b r a t i o n s   5 9 3 . 3 7   5 9 3 ,   5 6 0   C - C - O   d e f o r mat i o n   6 4 4 . 7 5   6 4 0 ,   6 9 0   C - N  sy mm e t r i c   7 4 9 . 3 7   7 4 5 ,   7 2 5   C - H   st r e t c h i n g   7 7 6 . 5 0   7 7 8 ,   7 7 6   C - H   st r e t c h i n g   8 2 9 . 8 1   8 2 6 ,   8 2 8   B e n z e n e   r i n g   8 9 2 . 5 2   8 9 0 ,   8 5 6   B e n z e n e   r i n g   1 , 0 0 2 . 6 5   9 6 0 ,   1 0 0 4   C - CH 3   f o r mat i o n   1 , 0 0 8 . 1 1   1 , 0 0 6 ,   1 , 004   R i n g   b r e a t h i n g   1 , 0 3 0 . 6 5   1 , 0 3 1 ,   1 , 030   C - O H   g r o u p   1 , 2 2 6 . 7 0   1 , 2 3 6   CH 2   f o r mat i o n   1 , 3 7 8 . 1 2   1 , 3 8 0 ,   1 , 331   H - C - C, H - C - O ,   H - O - C   1 , 4 8 2 . 2 1   1 , 4 8 0 ,   1 , 450   C - H   d e f o r mat i o n   1 , 5 7 0 . 9 1   1 , 5 7 5 ,   1 , 578   C = C   st r e t c h i n g   1 , 6 6 9 . 2 2   1 , 6 6 9 ,   1 , 660   C = C   st r e t c h i n g           ( a)   ( b )     Fig u r e  2 .   C o m p ar is o n   o f   Leg io n ella ’ s   s i g n at u r e  p ea k s   o n   co n ta m in a ted   P OU  tap   w a ter   s a m p les a n d   th e  b ac ter ia  s a m p le;  ( a)   R a m a n   s p ec tr u m   f o r   Leg io n ella   an d   ( b )   co m p ar is o n   o f   R a m a n   s p ec tr u m   f o r   P s eu d o mo n a s   an d   Leg io n ella       Fi g u r e  2 ( b )   illu s tr ate  d is ti n ct   v ar iatio n s   i n   p ea k   p atter n s   b et w ee n   Leg io n ella   p n eu mo p h ila   an d   P s eu d o mo n a s   ae r u g in o s a   b ac ter ia,   w h ic h   ar e  o b s er v ab le  a t  g r ap h   p o in t.  T h e  p r o m in e n t   p ea k s   o b s er v ed   at   1 , 7 3 5   cm - 1   r ep r esen t  t h e  s tr etch in g   v ib r atio n   o f   t h e  C =O   d o u b le  b o n d   in   p o l y h y d r o x y   b u t y r a te   ( P HB ) ,   w h ic h   is   th e  s to r ag e  p o l y m er   f o u n d   in   Leg io n ella   ce lls   in   tap   w ater .   I t  is   w o r th   n o tin g   th at  n o   s u ch   p ea k s   w er e   d etec ted   in   o th er   b ac ter ial  s a m p les.  R a m a n   b an d s   ar e  attr ib u t ed   to   co n s titu e n t c o m p o n e n t s   o f   m ac r o m o lec u les   co m m o n l y   f o u n d   in   b ac ter ial  ce ll  m etab o lis m .   P r o tein   co m p o s itio n s ,   s p ec i f icall y   a m id e,   p h en y lala n in e,   a n d   ar o m at ic  a m i n o   ac id s ,   in   Leg io n ella   an d   P s eu d o mo n a s   a eru g in o s a   s p ec ies  h av e  s i m ilar   p ea k s   at  1 , 6 6 9   cm - 1 ,  1 , 2 3 8   cm - 1 , 1 , 0 0 4   cm - 1 ,   8 5 6   cm - 1 ,   an d   8 2 8   cm - 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  23 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :  7 03 - 7 15   710   W a ve n u m be r   ( c m - 1 )   I n t e n s i t i e s ( A . U. )   A ll  p r e - s ta g n atio n   w a ter   s a m p les,  tak e n   th r ee   w ee k s   b e f o r e  s e m e s ter   b r ea k s ,   h ad   p H  lev els  w i th i n   th e  ac ce p tab le  r an g e.   Ho w e v e r ,   th e  p H   lev els  ch an g ed   f o llo w i n g   th e  p o s t - s ta g n atio n   w ate r   s am p le s ,   an d   th e   w ater   b ec a m e  ac id ic.   B ased   o n   th is   o b s er v atio n ,   ab o u t  1 5 . 8 %  o f   p o s t - s tag n atio n   w ater   s a m p les  w er e  n o t   w it h i n   th e  ac ce p tab le  r an g e.   Nin etee n   s a m p le s   s h o w   lo w   t ap   w a ter   q u alit y   ca u s ed   b y   d i s r u p ted   w ater   f lo w  an d   in ter m itte n t  u s a g e.   W ater   s a m p les  co llec ted   o n   th e  f ir s t  f lo o r   d id   n o t  co n tr ib u te  to   a n y   ac id ic  s a m p le s ,   w h il s t  th e  m aj o r ity   o f   th o s e  s a m p les  w er e  co ll ec ted   o n   th e  th ir d   f lo o r   ( 4 2 . 1 %),   f o llo w ed   b y   t h e  f o u r th   f lo o r   ( 3 6 . 8 %)  an d   th e  s ec o n d   f lo o r   ( 2 1 . 1 %).   T h ese  ac id ic  w ater   s a m p le s   w er e  f u r th er   a n al y s ed   u s i n g   a  R a m a n   s p ec tr o m e ter   to   id en tify   an y   p o s s ib le  in tr u s io n s .   Vis u al l y ,   all  tap   w ater   s h o w s   a  clea r   an d   tr an s p ar en t  ap p ea r an ce .   Ho w e v er ,   o b s er v in g   t h e  p h y s ical  c h ar ac ter is tics   o f   w ater   its el f   d o es  n o t   d ictate  its   q u alit y   co n d itio n — t h e  p r ec ip itatio n   o f   s a m p les  w i th   a   p H  o f   le s s   t h an   6 . 5   s h o w s   ac id it y   a f ter   th r ee   w ee k s   o f   s tag n atio n .   C o n s eq u en tl y ,   R a m an   s p ec tr o s co p y   w a s   ab le  to   id en tify   m icr o b ial  in tr u s io n s   in   a  p o s t - s tag n atio n   w ater   s a m p le  i n   P OU ’ s   lo c atio n ,   w h ic h   b elo n g s   to   th e   S a lmo n ella   s p ec ies,  as  p r esen ted   in   Fig u r e  3 .  Si m i lar l y ,   as  Leg io n ella   s p ec tr u m ,   t h e  R a m an   s p ec tr a  f o r   S a lmo n ella   p r o d u ce   d iv er s e  p e a k   in te n s ities   ac r o s s   w a v ele n g t h   f r o m   6 0 0   cm - 1   t o   1 , 8 0 0   cm - 1 ,   s i g n if y i n g   t h e   m o lecu lar   f u n ctio n a l  g r o u p s   o f   m icr o b ial  ce ll  s tr u ct u r es.  B ased   o n   Fig u r e  3 ( a) ,   th e  d if f er en ce   b et w ee n   th e  r atio   o f   b an d   in te n s itie s   an d   R a m an   s h i f t   w a v e n u m b er   is   s i g n i f ica n t,  d i s t in g u is h i n g   s p ec ies  o f   S a lmo n ella   f r o m   o th er   b ac ter ia,   w h i ch ,   in   th is   s tu d y ,   a n   E .   co li   s p ec tr u m   w as  u s ed .   On e  o f   t h e  ce n tr al  p ea k   i n t en s it ies  d i f f er e n ce s   w a s   s i g n if ica n t  at  w a v e n u m b er   1 , 6 6 9 . 2 2   cm - 1 ,    1 , 4 5 2 . 4   cm - 1 ,   1 , 3 4 1 . 5 4   cm - 1 ,   1 , 3 1 7 . 7 5   cm - 1 ,   1 , 1 0 4 . 1 2   cm - 1 ,   a n d   1 , 0 0 4 . 8 8   cm - 1   f o r   b o th   s p e ctr a.   Qu alitati v el y ,   b o th   s p ec tr a  also   ex h ib it  d i f f er en t  g r ap h ical  v i s u al is atio n s .   T h e  co r r elatio n   m eth o d   w a s   e m p lo y ed   to   d eter m in e  t h e  s i m ilar it y   b et wee n   t w o   s p ec tr a,   w it h   a  h i g h er   d o t  p r o d u ct  v al u e  i n d icatin g   a  m o r e  r e m ar k ab le   s i m ilar it y   b et w ee n   t h e  m ea s u r ed   an d   R a m a n   d atab ase,   r esu l tin g   in   a  h ig h   co r r elatio n   p er ce n tag e  o f   9 7 . 4 9 %  an d   9 1 . 6 3 %  f o r   b o th   E .   co li   a n d   S a lmo n ella   b ac ter ia ,   r esp e ctiv el y .   T h e  s ig n at u r e  f i n g er p r in t  R a m a n   p ea k   f o r   S a lmo n ella ,   in clu d in g   th eir   b an d   ass i g n m e n t s ,   is   s h o w n   in   Fig u r e  3 ( b ) .   W ith in   th e  w a v en u m b er   r an g e  o f     5 2 7   cm - 1   to   1 , 7 2 0   cm - 1 ,   n u m er o u s   d is cr ete  b an d s   w er e  o b s er v ed .   Si m ilar   to   m an y   Gr a m - n e g ati v e  b ac ter ia  s p ec ies,  t h ese  b a n d s   w er e  a s s ig n ed   as   f o llo w s :  6 4 9 . 8 7   cm - 1  ( g u a n i n e  an d   t y r o s i n e) ;  7 2 8 . 5 1   cm - 1   ( ad en i n e  d in u cleo tid e) ;  9 3 6 . 7 4   cm - 1   ( C =C  a n d   C - N  d e f o r m atio n ) ;  1 , 0 0 4 . 8 8   cm - 1  ( P h e n y lalan in e) ;   1 , 0 3 2 . 2 5   cm - 1   (C - C  s tr etch i n g ) ;  1 , 2 5 6 . 1 8 – 1 , 3 1 7 . 1 8   cm - 1  ( Am id e  I I I ) ;  1 , 4 8 0 . 7 3   c m - 1   ( C H 2   d ef o r m at io n ) ;  1 , 5 5 4 . 5 8   cm - 1 ( Am id e  I ) .   Fo r   E .   co li   st r ain s ,   t h e  p r o tein   ce ll  s tr u ct u r e  b an d s   ar e   o b s er v ed   at  p ea k   w a v elen g th s   o f   1 , 6 6 2   cm - 1 ,    1 , 2 3 2   cm - 1 ,   1 , 0 0 5   cm - 1 ,   8 5 7   cm - 1 ,   an d   8 2 9   cm - 1   i n d icat ed   in   Fig u r e  3 ( a) .   Si m ilar l y ,   R a m a n   p ea k s   o f     1 , 6 6 0   cm - 1 ,   1 2 4 8   cm - 1 ,   1 0 0 2   c m - 1 ,   an d   8 5 8   cm - 1   ar e  f o u n d   i n   S a lmo n e lla   typ h imu r iu m   ce lls .   A n o t h er   in s tan ce   o f   n u cle ic  ac id s   p r o d u ce d   th r o u g h   th e  v ib r atio n s   o f   g u an i n e  an d   ad en in e  r in g s   ca n   b e   o b s er v ed   at   p ea k s   ap p r o x im a tel y   1 , 5 7 8   cm - 1 ,   7 2 5   cm - 1 ,   a n d   6 9 0   cm - 1 .           ( a)   ( b )     Fig u r e  3 .   R a m a n   m icr o s co p ic  i m a g e  an d   s i g n atu r e  p ea k s   o f   ch ar ac ter is tic  b an d s   f o r   S a lmo n ella   s in g led - ce ll  b ac ter ia ; ( a)   co m p ar is o n   o f   R a m an   s p ec tr u m   f o r   E .   C o li   an d   S a lmo n ella   an d   ( b )   R am a n   s p e ctr u m   f o r   S a lmo n ella   ( m ea s u r ed )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         N o ve l in tern et  o f th in g s - s p ec tr o s co p y  meth o d s   fo r   ta r g eted   w a ter p o llu ta n ts   in   …   ( S ya h i d a h   N u r a n i Zu lkifli )   711   T h e  d is tin cti v e  p ea k   at  7 3 0   cm - 1 ,   w h ic h   is   a  ch ar ac ter i s tic  s ig n a tu r e  f o r   S a lmo n ella   typ h i mu r iu m   ce ll   s er o t y p es  i n d icate s   th e  p r ese n ce   o f   a  d iv er s e   ar r a y   o f   N - ac et y l  D   g l u co s a m i n e  i n   t h e  b ac ter ial  ce ll  w all,   d is tin g u is h i n g   i t  f r o m   o t h er   o r g an is m s ’   s p ec ies.  T h e  ab s en ce   o f   s i m i lar   p ea k s   i n   o th er   b ac ter ial  s a m p les   s u g g e s ts   th a t  th er e  m a y   b e  u n iq u e  c h ar ac ter is tic s   o r   co m p o s itio n s   i n   t h e  s to r a g e  p o l y m er s   o f   Leg io n ella   p n eu mo p h ila   an d   th e  ce ll  w al l  o f   S a lmo n ella   typ h imu r iu m .   Sig n i f ica n t  i n ten s e  s p ec tr al  p e ak s   ca n   b e  s ee n   i n   th e  w a v e n u m b er   r an g e  o f   7 8 6   cm - 1   to   1 , 5 7 5   cm - 1 ,   s u g g esti n g   th e  co m p o s itio n   o f   n u cleic   ac id   in   ce ll  m e m b r a n es,  w h il s t  t h e  s p ec t r al  p ea k s   f alls   in   r e g io n   7 6 2   c m - 1   to   1 , 6 1 7   cm - 1   r ep r esen ts   t h e  p r esen ce   o f   ar o m at ic  a m in o   ac id s   [ 4 4 ] .  T h ese  b io lo g ica l  ch ar ac ter i s tic s   ar e  cr u cial   f o r   s p ec ie s   id en tif icat io n s ,   t h at   ar e  in d icati v e  o f   ch e m ical   co m p o s itio n   in   b ac ter ial  ce lls   [ 4 5 ] .   T h e   p e r s is t en c e  o f   S a l m o n el l a   b a c t e r i a  in   r es i d en ti a l  a n d   h o u s eh o l d   f a u c e ts   i s   a   r a r e  e v en t .   H o w ev e r ,   s ev e r a l   s tu d ie s   s h o w   th at   th e s e   s p e c ie s   ex is t   i n   th e   d is t r i b u t i o n   s y s tem   an d   a r e   l in k e d   t o   f o o d   w as ta g e   a n d   c r o p   p r o d u c t i o n ,   e v en tu al ly   r ea ch in g   PO U ’ s   a r ea   [ 4 6 ] .   T h e   f in d in g s   s u g g es t  th a t  S alm o n e l l a  ex is t s   in   th e  r es i d en t i al   POU ’ s   s y s tem   b e c au s e   o f   in f r e q u e n t   u s ag e  an d   w a t e r   s t ag n a ti o n .   W ater   s a m p les   ex h ib ited   ele v ated   ac id it y   le v el s   d u r i n g   t h e   m o n s o o n   s ea s o n ,   co in cid i n g   w ith   lo w  a m b ien t  te m p er atu r e  an d   h u m id it y .   T h is   i m p lies   th at  e n v ir o n m e n tal  f ac to r s   h av e  a  s u b s ta n tial  in f l u e n ce   o n   tap   w ater   q u alit y .   Mo r eo v er ,   t h e  f in d i n g s   i n d icate   t h at   w ater   q u alit y   alter atio n   co u ld   p o ten tiall y   b e  at tr ib u ted   to   r ain w ater   r u n - o f f   an d   g r o u n d w ater   co n ta m i n atio n .   T h e  E P A   d ef in e s   b io lo g ical  q u a liti es  af f ec ted   b y   te m p er atu r e  f l u ct u atio n s   i n   wate r   b o d ies  as  o r g an is m   s u r v i v al,   g r o w t h ,   r ep r o d u ctio n ,   d ev elo p m e n t,   b e h av io r ,   an d   h ab itat   p r ef er en ce s   [ 4 7 ] .  Du r i n g   in c le m e n t  w ea th er   co n d itio n s   s u ch   a s   s to r m s   o r   r ain f al l  p er io d s ,   r ain w ater   tr a v er s es  o v er   e x p o s ed   ter r estrial  an d   aq u atic  s u r f ac es.  Ma n y   p r ev io u s   s t u d ies  h a v e  s h o w n   s ig n i f ica n t  w ater   ec o lo g y   i m p ac ts   d er iv ed   f r o m   r ai n w ater   c o m p o n en t s .   T h ese  i m p ac t s   in clu d e  th e  d is co v er y   o f   in o r g an ic   io n   s p ec ies  d u r in g   m o n s o o n   p er io d s   [ 4 8 ] ,  ch e m ica l  co m p o s itio n s   [ 4 9 ] ,  an d   in d u s tr ial   co m b u s t io ns   [ 5 0 ] .  A cc o r d in g   to   th e  p H  lev els  f o u n d   in   No v e m b er   2 0 1 7 ,   Dec em b er   2 0 1 7 ,   an d   J an u ar y   2 0 1 8 ,   s ev e n   w a ter   s a m p les  w er e  n o t  w ith in   an   ac ce p tab le  r an g e.   A n y   r ea d i n g s   th at  w er e  n o t  w ith in   ac ce p tab le  r an g e s   f o r   tap   w ater ,   as p r o v id ed   b y   e n v ir o n m e n tal  a g e n cies,   w er e  m ar k ed   as o u tlier s .   T h ese   o u tl i e r s   r e p r e s e n t  a c t u a l   ev en ts ,   s u ch   as   s p ik es  i n   w at e r   t em p e r at u r e   c o r r e s p o n d i n g   t o   p H   d r o p s   a s s o c i at e d   w i th   b i o l o g i ca l  c o n t am in a t i o n .   T h e r e  i s   c o n s i d e r a b l e   ev i d en c e   th a t   e n v i r o n m e n t al   f a ct o r s   c an   c au s e  s u d d en   d r o p s   in   p H   l ev e ls ,   r e s u l t in g   i n   m ic r o o r g an i s m   ac t i v i ty   in   d is t r i b u t i o n   s y s t em s .   D e p e n d i n g   o n   th e  ty p e   o f   b a c t e r i a   s p e c ie s   an d   a c i d i ty   t o le r a n c e ,   l o w   p H   l ev e l s   c an   p r o m o t e   b a ct e r i a l   p r o d u c t i o n   an d   g r o w th .   S ev e r a l   b a c t e r i a   s p e c i es   c an   w ith s t an d   a ci d i c  w a t e r   c o n d i tio n s ,   s u ch   a s   S tr e p t o c o c c u s   g en u s ,  A c i d o b a c t er i u m  c a p s u l a t u m ,  E s c h e r i c h i a   c o l i ,  a n d   P r o p i o n i b a c t er i u m   a c i d i p r o p i o n i c i   [ 5 1 ] .   W a t e r   d i s t r i b u ti o n   p i p e l in e   n e tw o r k s   p r o v i d e   a n   i d e a l   e n v i r o n m en t  f o r   b a c t e r ia   t o   r e p r o d u c e   an d   a   f e r ti l e   en v i r o n m en t   f o r   b ac t e r iu m   g r o w th .   T h i s   i s   d u e   t o   s ev e r a l   g r o w th - p r o m o t in g   n u t r i en ts   th at   a l l o w   b a c t e r i a   c o m m u n i ti e s   t o   s u r v iv e ,   e v en   in   l o w - o x y g en   en v i r o n m en ts .     3. 3 .     P r o po s ed  m icro - s pect ro m et er   co nfig ura t io n   E ac h   p h ase  o f   th e  h ar d w ar e  d esig n   p r o ce s s   co n s is ts   o f   th r ee   p r im ar y   co m p o n en t s :  th e  R a m an   o p tical   s etu p ,   t h e  s p ec tr o m eter   s y s te m ,   an d   t h e  w ater   q u a lit y   m o n i to r in g   w eb   s er v er .   T h ese  co m p o n en ts   ar e  d ep icted   in   Fi g u r e  4 .   E ac h   ele m en t  co n s i s ts   o f   cr u cia l  cr iter ia  u s ed   in   th e  d ev elo p m e n t  o f   a  co m p r eh en s i v e  p o r tab le   s p ec tr o m e ter   in te g r ated   w it h   a  clo u d - b ased   w ater   q u a lit y   m o n ito r i n g   s y s te m .   Se v er al  d esig n   p ar a m eter s   t h at  w er e  co n s id er ed   ar e  R am a n   o p tical  co n f ig u r atio n s ,   m ater i als  s elec tio n   an d   len s   d esig n ,   d if f r ac tio n   g r ati n g   an d   lig h t  d etec to r   s p ec if icatio n .   T h ese  p a r am eter s   af f ec t  th e  o u tco m e  o f   R a m a n   s p ec tr al  r eso lu tio n   an d   s p ec tr o m e ter   s en s iti v it y ;  t h er ef o r e,   en s u r in g   o p ti m al  d esi g n   p ar am eter s   i s   ess e n tia l.  As  f o r   th e  d ev elo p m en t   o f   a  w eb - b ased   q u alit y   m o n ito r in g   s er v er ,   it  is   i m p er ati v e  to   en s u r e  o v er all  s y s te m   p er f o r m a n ce s   ar e   s atis f ac to r y ,   p ar ticu lar l y   i n   d ata  ac q u is itio n   ti m e  an d   r ea l - ti m e  r e m o te  s en s i n g   ca p ab ilit ies.  T h e  s u g g e s ted   d ev ice  is   s m all,   li g h t w eig h t,  an d   co m p ac t,  o f f er i n g   co s t - e f f ec ti v e  o n - s ite  m ea s u r e m en ts   th at  en ab le  r e m o te   d etec tio n   o f   m icr o o r g an is m   c o n ta m i n a n ts   in   r esid en t ial  o r   h o u s e h o ld   p ip elin e  s y s te m s ,   i n clu d i n g   tap   w ater .   W ith   its   w ir eless   ca p ab ilit y   a n d   r ea l - ti m e  d ata  tr a n s f er   u s in g   i n ter n et  o f   th in g s   ( I o T )   in teg r atio n   tec h n o lo g y ,   th is   m i n iat u r e  s p ec tr o m eter   s i m p li f ies  w ater   q u al it y   m ea s u r e m en ts ,   m ak i n g   th e m   q u ick   a n d   s tr aig h t f o r w ar d .   T h e  h ar d w ar e  is   d esig n ed   to   alig n   w i th   f a u ce t  m ea s u r e m e n ts   f o r   tap   w ater .   C o n s id er ati o n   o f   p ip e   w id t h s   an d   w a ter p r o o f in g   f e atu r es  i s   cr u cial  d u r in g   w at er   s a m p le  a n al y s is .   T h e  No d eM C U  f ir m w ar e   f ac ilit ate s   d ata  ac q u is itio n   t o   an d   f r o m   Am az o n   clo u d   n et w o r k s ,   w h ich   ar e  u til ized   f o r   I o T   d atab ase  m an a g e m e n t  s y s te m s .   T h is   p r o p o s ed   h ar d w ar e  o f f er s   u n iq u e  f ea t u r es :  i)   f ac i litati n g   r ea l - ti m e  d etec ti o n   o f   b ac ter ial  co n ta m in at io n   ev e n ts   in   h o u s eh o ld   w ater   s u p p ly   p ip elin e  s y s te m s ,   ii)  en h a n cin g   w ater   q u alit y   m an a g e m e n t  f o r   d ec is io n - m a k er s ,   iii)  e n s u r in g   s a f et y   f o r   co n s u m er   u s a g e,   an d   i v )   en a b lin g   b o th   e n d - u s er s   an d   w a ter   s ta k eh o ld er s   to   s y n c h r o n ize  co n t a m in at io n   e v en t  o cc u r r en ce s .   A d d itio n a l l y ,   it  is   co m p ac t,  lig h t w ei g h t,  an d   ea s y   to   u s e.   T h is   s y s te m   i n cl u d es  a  d etac h ab le  cu s to m ized   h o llo w   f au ce t   co n n ec tio n   t h at  ca n   b e  in s talled   o n   v ar io u s   p ip es,   s u ch   as  h ea d   s h o w er s ,   to ilet  f au ce ts ,   o r   w a s h in g   m ac h i n e  w ater   s u p p l y .   On ce   w ater   f lo w s   t h r o u g h   t h is   h o ll o w   co n n ec to r ,   a  m e s h   s ep ar at o r   f u n ctio n s   to   co llect  a   w ate r   s am p le  f o r   test i n g   p u r p o s es.  T o   en s u r e  s ep ar atio n   f r o m   t h e  w ater   s a m p le,   t h e  l ig h t  s o u r ce   an d   ill u m i n atio n   li g h t   co llectio n   s u b - la y er s   ar e  s h ie ld ed   b y   an   u n co ated   w h i te  f lo at  w i n d o w   g las s   ( m ea s u r in g   1 5   m m × 1 5   m m × 3   m m ) .   T h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  23 ,   No .   3 ,  J u n e   20 25 :  7 03 - 7 15   712   h ar d w ar e  w as  co n s tr u cted   b ased   o n   th ese  s u b - la y er s   an d   m e ticu lo u s l y   ali g n ed   to   o p tim ize   lig h t  tr an s m is s io n .   T h e  s u b - la y er s   w er e  d esig n ed   u s in g   C A T I A   V5   s o f t w ar e,   a  3 D  d esig n   p latf o r m .   P r ec is e  m ea s u r e m e n t s   w er e   tak en   f o r   ea ch   o p tical  len s ,   s lit   ap er tu r e,   lig h t  d etec to r ,   an d   o th er   s u b - co m p o n e n t s   to   en s u r e  p er f ec t  alig n m e n t   w it h i n   t h e  li g h t  tr an s m is s io n   p ath .   S u b s eq u e n tl y ,   co n v ex   le n s es  w er e  f ix ed   i n   p o s itio n ,   a n d   r ef lectin g   m ir r o r s   w er e  p lace d   o n   a n   ad j u s tab le  an g le   r o tato r   s etti n g .   T h is   ad j u s t m e n t  e n s u r es  t h at  th e  s e n s o r   b o ar d   r ec eiv es  all  lig h t  r ef lecte d   f r o m   th e  s u r f ac e  m ir r o r .   Fin all y ,   t h e  s p ec tr u m   s en s o r   b o ar d   an d   d ata  t r an s m i s s io n   m o d u le  w er e   s ec u r el y   p o s itio n ed .   T h e  p er f o r m a n ce   o f   t h e  p r o p o s ed   d ev ice  w il l  b e  d is cu s s ed   later ,   an d   th e  d e v ice ’ s  ca p ab ilit ies in   m o n ito r i n g   t h e  q u alit y   o f   th e  w a ter   s u p p l y   at  P OU ’ s   lo ca tio n   w i ll b e  d em o n s tr ated .           Fig u r e  4 .   Dev ice  ar ch itect u r e  f o r   I o T   Sp ec tr o s co p ic   a p p r o ac h       4.   CO NCLU SI O N   I n   co n clu s io n ,   d etec tin g   b ac ter ial  co n ta m i n an t s   in   h o u s eh o ld   P OU  en v ir o n m e n t s   u s i n g   th e  s p ec tr o s co p y   m eth o d   o f f er s   s ev er al  ad v an ta g e s   o v er   co n v e n tio n al  ap p r o ac h es  i n   w ater   q u alit y   m o n ito r in g   ap p licatio n s .   R a m an   s p ec tr o s co p y ’ s   ab ilit y   to   id en ti f y   v ar io u s   m icr o o r g an i s m   co n t a m i n an t s   at  P OUs  s ig n i f ica n tl y   i m p r o v es  w a ter   q u alit y   as s es s m en t s .   T h e  R a m a n   f in g er p r in t   r ec o g n i tio n   e n ab les  t h e  d etec tio n   o f   a  w id e  r an g e  o f   w a ter   p o ll u tan ts   co m p ar ed   to   th e  co n v en t io n al  w ater   q u alit y   m o n ito r in g   ap p r o ac h .   I n teg r ati n g   I o T   tech n o lo g y   w i th   R a m a n   s p ec tr o s co p y   ele v at es  th e  ef f ec ti v e n ess   o f   w a ter   q u alit y   a s s e s s m e n ts ,   ex p an d in g   its   ca p ab ilit ies i n   d etec tin g   tar g eted   p o llu ta n ts   in   w ater   ec o lo g y .   T h is   ap p r o ac h   f ac ilit ate s   r ea l - ti m e   m o n ito r i n g ,   a n d   I o T - s p ec tr o s co p y   o f f er s   v er s ati lit y   in   v ar i o u s   w ater   s o u r ce s   q u ali t y   m o n ito r in g ,   en s u r i n g   a  s af er   w ater   s u p p l y .   I n   ad d itio n ,   r e m o te  s en s i n g   tec h n o lo g y   en ab les  th e  d etec tio n   o f   r ea l - t i m e  ev e n t s   in   P OU  w ater   s a m p les  an d   m o n ito r in g   ch an g es  in   w ater   q u alit y   o v er   ti m e.   As  w a ter   p o llu tio n   th r e aten s   p u b lic  h ea l th ,   f u tu r e  s t u d ies  s h o u ld   f o cu s   o n   i m p r o v in g   w a ter   q u alit y   m o n ito r i n g   tec h n iq u es  to   a  m o r e  co m p ac t  an d   ef f icien t  ap p r o ac h ,   en s u r i n g   t h at  w ater   p o lic y m a k er s   a n d   s t ak eh o ld er s   h a v e  ea s y   ac ce s s   t o   r ea l - ti m e  q u ali t y   d ata.   T h e  s en s it iv it y   an d   s p ec if ic it y   o f   t h ese  tech n iq u es  s h o u ld   b e  im p r o v ed   w h ile  ad d r ess in g   ch al len g es  to   r ea l  s ce n ar io s   o f   w ater   in ter f e r en ce s .   Dev elo p in g   a  ce n tr ali ze d   m o n ito r in g   s tatio n   o f   d ata  ab o u t  d is tr ib u tio n   s y s te m   ec o s y s te m s   s i m ilar   to   d ata  av ailab le  f r o m   P OU ’ s   l o ca tio n   is   cr it i ca l.  C o n s eq u en tl y ,   t h e  g o al  o f   th e   p r o ce s s   w o u ld   b e  to   im p r o v e   th e  ab ilit y   to   u n d er s tan d ,   m o n ito r ,   an d   m ai n tai n   w h at  ch ar ac ter izes  a  h ea lth y   m icr o b ial  co m m u n it y   i n   th e   d is tr ib u tio n   s y s te m .   A   s h ar ed   d ata  p latf o r m   h as  an o t h e r   v ital  b en ef it;  all   s tak e h o ld er s   ca n   u s e  th e  d ata  to   d esig n   ex p er i m e n t s ,   test   h y p o t h eses ,   ev a lu ate  n e w   tr ea t m e n ts ,   an d   b u il d   m o d el s ,   w h i ls t  u s er s   ca n   p r o v i d e  f ir s t - h a n d   in f o r m atio n   o n   wate r   q u alit y   at  t h e  co n s u m p tio n   lev el.       ACK NO WL E D G E M E NT S   T h e  au th o r s   w is h   to   th a n k   t h e  Min i s tr y   o f   Hig h er   E d u ca ti o n   o f   Ma la y s ia  ( MO HE ) ,   Fu n d a m e n tal   R esear ch   Gr a n t  Sch e m e  ( FR G S)  f o r   f in a n cin g   th is   r esear ch   w it h   v o te  n o .   FR GS/1 /2 0 2 1 /TK 0 /UT M/0 1 /2   an d   th e  U n i v er s iti   T ec h n o lo g i M al a y s ia  ( UT M)   f o r   f i n an c in g   t h i s   r esear ch   w i th   g r an t  v o te  n o .   2 2 H0 1   an d   0 4 M 8 8 .   T h e  s taf f   o f   Un i v er s i t y   L ab o r ato r y   Ma n a g e m e n t   Un it   ( UP MU )   d eser v es   a   s p ec ial   th an k s   f o r   th eir   g en er o u s   ass is tan ce   i n   as s ess in g   lab o r ato r y   eq u ip m e n t.       ACK NO WL E D G E M E NT S   T h e  au th o r s   w is h   to   th a n k   t h e  Min i s tr y   o f   Hig h er   E d u ca ti o n   o f   Ma la y s ia  ( MO HE ) ,   Fu n d a m e n tal   R esear ch   Gr a n t  Sch e m e  ( FR G S)  f o r   f in a n cin g   th is   r esear ch   w it h   v o te  n o .   FR GS/1 /2 0 2 1 /TK 0 /UT M/0 1 /2   an d   th e  Un i v er s it i  T ek n o lo g i  Ma lay s ia   ( UT M)   f o r   f in a n ci n g   t h is   r esear ch   w it h   g r an t  v o te  n o .   2 2 H0 1   an d   0 4 M 8 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.