Вень-Чі Лінь демонструє свою електронну конструкцію датчика свинцю. Це може дозволити містам і власникам будинків визначити труби, які забруднюють воду свинцем. (Кредит: Еван Догерті / Michigan Engineering Communications & Marketing / U. Michigan)

Новий електронний датчик може контролювати якість води в будинках чи містах, інформуючи жителів чи чиновників про наявність свинцю у воді протягом дев'яти днів - все близько $ 20.

Криза води у Флінті показала країні, що старі водні системи, які, як вважають, були стабільними протягом десятиліть, можуть раптово піддавати тисячі людей нейротоксину, якщо зміна якості води роз'їдає трубопроводи.

Крім того, стандартні тести зразків води вимагають, щоб користувачі пропускали воду протягом декількох хвилин, пропускаючи будь-який свинець, який просочується у воду із власних труб будинку.

Марк Бернс, професор хімічної інженерії в Університеті Мічигану, та його колеги задумали розробити недорогий датчик, який можна було б розмістити в ключових точках міських водних систем, а також у кранах у будинках.

"Я сподіваюся, це матиме певний вплив, тому що страшно думати про те, щоб у вашій воді був свинець", - говорить Бернс.

Фокус полягає у відділенні свинцю від усіх інших металів, які можуть бути присутніми у воді, більшість з них небезпечні лише у дуже високих дозах.

"Оскільки залізо є найпоширенішим металом у воді і є в основному нешкідливим (крім того, що має неприємний запах), ми бачимо, що це заважає роботі нашого датчика", - говорить Вен-Чі Лінь, нещодавно докторант хімічного машинобудування.

Отже, вона розробила датчик, який може розрізняти свинець та інші метали, як залізо. Він спирається на дві пари електродів. Позитивний електрод і його нейтральний сусід створюють середовище, бідне електронами, тоді як негативний електрод і його нейтральний сусід створюють середовище, багате електронами.

Негативний електрод пропонує електрони позитивним іонам, захоплюючи більшість металів. Метали вже окислюються у воді, це означає, що вони віддали частину своїх електронів, тому вони віддають перевагу можливості повернути електрони назад.

Однак свинець притягується до позитивної сторони набору електродів - це єдиний забруднюючий метал, який легко втрачає більше електронів і окислюється далі.

Лін випробовував датчики в різних середовищах: імітувала воду з-під крана та воду із справжнього крана, додала метали чи ні. По мірі накопичення свинцю на позитивному електроді, він врешті-решт досягає нейтрального електрода, замикаючи ланцюг і створюючи напругу. Над одновольтним сигналом система реєструє потрапляння.

Це подібна історія щодо негативного електрода, що піднімає високі концентрації заліза, цинку та міді, що також може стати проблемою для здоров'я. Датчик може розрізняти проблему свинцю та проблему з одним з цих інших металів.

"Може бути програма, яка контролюватиме всі крани, і вона може просто надіслати вам повідомлення електронною поштою, коли виявить подію", - говорить Бернс.

Лін особливо усвідомлював помилкові спрацьовування - виявлення означає, що електрод не працює належним чином (але не весь датчик), і це може викликати непотрібний страх для сім'ї чи чиновника.

Одним із можливих помилкових попереджень про свинцю є те, що концентрація міді занадто висока. Мідь настільки добре захоплює зайві електрони, що може накопичуватися на нейтральному електроді поруч із позитивним електродом. Але мідь створює напругу лише при високих концентраціях, наближаючись до межі дії Агентства з охорони навколишнього середовища в 1,300 частин на мільярд.

Натомість свинець виявляється приблизно на 15 частин на мільярд - його межа дії EPA - приблизно через тиждень. За даними Центрів контролю за захворюваннями, такий рівень опромінення не підвищує рівень крові у дорослих. Більша концентрація свинцю, 150 частин на мільярд, була зібрана лише через один-два дні, залежно від хімічного складу води.

Лін вважає, що з оптимізацією позитивний електрод міг би ще краще залучати свинець, але не мідь.

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

Дослідження з'являється в Аналітична хімія.

Університет Мічигану фінансував роботу за рахунок стипендії Барбура, докторської стипендії Ракхема та наділеної професури ТК Чанг.

джерело: Мічиганський університет

Схожі книги:

at InnerSelf Market і Amazon