Prisbillig blysensor til hjemmet, byens vandledninger

En ny elektronisk blysensor, potentielt koste omkring $20, kunne holde øje med hjem og by vandkvalitet, advare beboere og embedsmænd om tilstedeværelsen af ​​bly inden for ni dage. Forskere fra University of Michigan søger partnere til at bringe teknologien på markedet.

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 blyrør korroderes af en ændring i vandkvaliteten. Ud over, standard vandprøvetest kræver, at brugerne løber deres vand i flere minutter, mangler eventuelt bly, der siver ud i vandet fra boligens egne rør.

Mark Burns, T.C. Chang professor i kemiteknik ved U-M, 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, for det er skræmmende at tænke på at have bly i vandet, " sagde Burns.

Tricket er at adskille bly fra alle de andre metaller, der kan være til stede i vand, de fleste af dem er 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), vi ser det som at forstyrre vores sensor, " sagde Wen-Chi Lin, en nylig ph.d. kandidat i kemiingeniør.

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, opfanger 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.

Imidlertid, bly tiltrækkes af 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. Efterhånden som bly opbygges på den positive elektrode, den når til sidst den neutrale elektrode, at lukke kredsløbet og generere en spænding. Over et 1-volts signal, systemet registrerer et hit.

Det er en lignende historie på den negative elektrode, opsamling af 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 haner, og den kunne bare sende dig en e-mail, når den opdagede en begivenhed, " sagde Burns.

Lin var især opmærksom på falske positiver - en detektering 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, nærmer sig Miljøstyrelsens handlingsgrænse på 1, 300 dele per milliard.

At føre, i modsætning, viser sig på 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 afhentet efter blot en eller to dage, afhængig af vandkemien.

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

Undersøgelsen er publiceret i Analytisk kemi , med titlen, "En drikkevandssensor til bly og andre tungmetaller."