Wen-Chi Lin viser sit elektroniske ledningssensordesign frem. Det kunne gøre det muligt for byer og husejere at lokalisere rør, der forurener vand med bly. (Kredit: Evan Dougherty/Michigan Engineering Communications & Marketing/U. Michigan)

En ny elektronisk sensor kan overvåge vandkvaliteten i hjem eller byer og informere beboere eller embedsmænd om tilstedeværelsen af ​​bly i vand inden for ni dage - alt for omkring $ 20.

Flint-vandkrisen viste nationen, at gamle vandsystemer, der menes at have været stabile i årtier, pludselig kan udsætte tusindvis af mennesker for en nervegift, hvis en ændring i vandkvaliteten korroderer blyrør.

Derudover kræver standard vandprøvetest, at brugerne skal køre deres vand i adskillige minutter, idet de mangler ethvert bly, der siver ud i vandet fra hjemmets egne rør.

Mark Burns, en kemiingeniørprofessor ved University of Michigan, og hans kolleger satte sig for at udvikle en billig sensor, der kunne placeres på nøglepunkter i byens vandsystemer såvel som ved hanerne i boliger.

"Jeg håber, det vil have en vis indflydelse, fordi det er skræmmende at tænke på at have bly i vandet," siger Burns.

Tricket er at adskille bly fra alle de andre metaller, der kan være til stede i vand, de fleste af dem kun farlige i meget høje doser.

"Da jern er det mest almindelige metal i vand og dybest set er harmløst (udover at have en dårlig lugt), ser vi det som forstyrrende for vores sensor," siger Wen-Chi Lin, en nyligt doktorgraduat i kemiteknik.

Så hun designede en sensor, der kunne skelne mellem bly og andre metaller som jern. Den er afhængig af to par elektroder. Den positive elektrode og dens neutrale nabo skaber et elektronfattigt miljø, mens den negative elektrode og dens neutrale nabo skaber et elektronrigt miljø.

Den negative elektrode giver elektroner til positive ioner og fanger de fleste metaller. Metallerne er allerede oxideret i vand, hvilket betyder, at de har opgivet nogle af deres elektroner, så de foretrækker en mulighed for at få elektroner tilbage.

Bly tiltrækkes dog til den positive side af elektrodesættet - det er det eneste forurenende metal, der let mister flere elektroner og oxiderer yderligere.

Lin testede sensorerne i en række forskellige miljøer: simuleret postevand og vand fra en faktisk vandhane, tilsat metaller eller ej. Når bly opbygges på den positive elektrode, når det til sidst den neutrale elektrode, lukker kredsløbet og genererer en spænding. Over et en-volts signal registrerer systemet et hit.

Det er en lignende historie på den negative elektrode, der opfanger høje koncentrationer af jern, zink og kobber, som også kan blive sundhedsproblemer. Sensoren kan skelne mellem et ledningsproblem og et problem med et af disse andre metaller.

"Der kunne være en app, der ville overvåge alle tryk, og den kunne bare sende dig en e-mail, når den opdagede en begivenhed," siger Burns.

Lin var især bevidst om falske positiver - en detektion betyder, at elektroden er ude af drift for altid (men ikke hele sensoren), og det kan forårsage en unødvendig forskrækkelse for en familie eller embedsmand.

Det ene potentiale for en falsk blyadvarsel er, hvis kobberkoncentrationen er for høj. Kobber er så god til at få fat i ekstra elektroner, at det kan bygge sig op på den neutrale elektrode ved siden af ​​den positive elektrode. Men kobber skaber kun en spænding ved høje koncentrationer, der nærmer sig Miljøstyrelsens handlingsgrænse på 1,300 dele pr.

Bly derimod viser sig med 15 dele pr. milliard - dets EPA-handlingsgrænse - efter omkring en uge. Dette eksponeringsniveau menes ikke at hæve blodniveauet hos voksne, ifølge Centers for Disease Control. En større koncentration af bly, 150 dele pr. milliard, blev samlet op efter blot en eller to dage, afhængigt af vandkemien.

Lin mener, at med optimering kunne den positive elektrode være endnu bedre til at tiltrække bly, men ikke kobber.

{youtube}https://www.youtube.com/watch?v=iTaJrfHiglU{/youtube}

Undersøgelsen vises i Analytisk kemi.

University of Michigan finansierede arbejdet gennem Barbour Scholarship, Rackham Predoctoral Fellowship og TC Chang Endowed Professorship.

Kilde: University of Michigan

Relaterede Bøger:

at InnerSelf Market og Amazon