Wen-Chi Lin visar upp sin elektroniska ledningssensordesign. Det skulle kunna göra det möjligt för städer och husägare att lokalisera rör som förorenar vatten med bly. (Kredit: Evan Dougherty/Michigan Engineering Communications & Marketing/U. Michigan)
En ny elektronisk sensor kan övervaka vattenkvaliteten i hem eller städer, informera boende eller tjänstemän om förekomsten av bly i vatten inom nio dagar - allt för runt $ 20.
Vattenkrisen i Flint visade nationen att gamla vattensystem som tros ha varit stabila i årtionden plötsligt kan utsätta tusentals människor för ett nervgift om en förändring i vattenkvaliteten korroderar blyrören.
Dessutom kräver standardtester för vattenprover att användarna måste köra sitt vatten i flera minuter och saknar eventuellt bly som läcker ut i vattnet från hemmets egna rör.
Mark Burns, professor i kemiteknik vid University of Michigan, och hans kollegor siktar på att utveckla en billig sensor som kan placeras på viktiga punkter i stadens vattensystem såväl som vid kranarna i hemmen.
"Jag hoppas att det kommer att ha en viss effekt eftersom det är läskigt att tänka på att ha bly i vattnet", säger Burns.
Tricket är att separera bly från alla andra metaller som kan finnas i vatten, de flesta av dem bara farliga i mycket höga doser.
"Eftersom järn är den vanligaste metallen i vatten och i princip är ofarlig (förutom att det har en dålig lukt), ser vi det som stör vår sensor", säger Wen-Chi Lin, nyligen doktorand i kemiteknik.
Så hon designade en sensor som kunde skilja mellan bly och andra metaller som järn. Den förlitar sig på två par elektroder. Den positiva elektroden och dess neutrala granne skapar en elektronfattig miljö, medan den negativa elektroden och dess neutrala granne skapar en elektronrik miljö.
Den negativa elektroden ger elektroner till positiva joner och fångar de flesta metaller. Metallerna är redan oxiderade i vatten, vilket betyder att de har gett upp en del av sina elektroner, så de föredrar en möjlighet att få tillbaka elektroner.
Bly dras dock till den positiva sidan av elektroduppsättningen - det är den enda förorenande metallen som lätt förlorar fler elektroner och oxiderar ytterligare.
Lin testade sensorerna i en mängd olika miljöer: simulerat kranvatten och vatten från en riktig kran, spetsad med metaller eller inte. När bly byggs upp på den positiva elektroden når det så småningom den neutrala elektroden, stänger kretsen och genererar en spänning. Ovanför en envoltssignal registrerar systemet en träff.
Det är en liknande historia på den negativa elektroden, som tar upp höga koncentrationer av järn, zink och koppar, vilket också kan bli hälsoproblem. Sensorn kan skilja mellan ett blyproblem och ett problem med en av dessa andra metaller.
"Det kan finnas en app som övervakar alla kranar, och den kan bara skicka ett e-postmeddelande till dig när den upptäcker en händelse", säger Burns.
Lin var särskilt medveten om falska positiva – en upptäckt betyder att elektroden är ur drift för gott (men inte hela sensorn), och det kan orsaka en onödig rädsla för en familj eller tjänsteman.
Den ena potentialen för en falsk blyvarning är om kopparkoncentrationen är för hög. Koppar är så bra på att ta tag i extra elektroner att den kan byggas upp på den neutrala elektroden bredvid den positiva elektroden. Men koppar skapar bara en spänning vid höga koncentrationer och närmar sig miljöskyddsmyndighetens åtgärdsgräns på 1,300 XNUMX delar per miljard.
Bly däremot visar sig på 15 delar per miljard - dess EPA-åtgärdsgräns - efter ungefär en vecka. Denna exponeringsnivå tros inte höja blodnivåerna hos vuxna, enligt Centers for Disease Control. En större koncentration av bly, 150 delar per miljard, togs upp efter bara en eller två dagar, beroende på vattnets kemi.
Lin tror att med optimering kan den positiva elektroden bli bättre på att attrahera bly men inte koppar.
{youtube}https://www.youtube.com/watch?v=iTaJrfHiglU{/youtube}
Studien visas i Analytisk kemi.
University of Michigan finansierade arbetet genom Barbour Scholarship, Rackham Predoctoral Fellowship och TC Chang Endowed Professorship.
Källa: University of Michigan
Relaterade böcker:
at InnerSelf Market och Amazon
