Forskere opfinder håndholdt enhed til hurtig overvågning af drikkevandskvaliteten

Forskere fra Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har udviklet en bærbar enhed, inspireret af menneskekroppens evne, at opdage spor af tungmetaller i drikkevand på bare fem minutter.

Hemmeligheden ligger i et organisk stof i den menneskelige blodstrøm, der cirkulerer, kaldet et chelateringsmiddel, som kan detektere og binde til tungmetalioner. Efter binding, det forhindrer tungmetalionerne i at interagere med andre molekyler og enzymer i kroppen, og markerer det for udskillelse fra kroppen.

Kombination af et chelateringsmiddel med et optisk målesystem, Lektor Yong Ken-Tye og professor Tjin Swee Chuan fra School of Electrical and Electronic Engineering udviklede en enhed, der hurtigt genererer testresultater uden at skulle tage prøver tilbage, gør enheden praktisk til vandtest på stedet. Det kan også integreres i husholdningsapparater, såsom vandfiltreringssystemer.

Drikkevandskvaliteten overvåges typisk via laboratorietest, da tungmetaller ikke kan identificeres ved farve, smag, eller lugt, medmindre det er til stede på høje niveauer. Laboratorietests, mens den er meget præcis, tage mindst en dag at fuldføre.

Der er nogle bærbare enheder på markedet, der hurtigt kan opdage forureninger af tungmetaller, men kan kræve det ekstra trin at blande vandprøven med en bufferopløsning, inden testen kan udføres. Sensoren til sådanne kits skal også bruges inden for 30 minutter efter, at den er udsat for luft, da sensorens effektivitet kan påvirkes af luft, varme, eller fugtighed.

Andre mobile alternativer omfatter dem, der bruger metalelektroder, såsom kviksølv som en sansemåling, som kunne indføre forureninger af tungmetaller tilbage i miljøet, og teststrimler, der ændrer farve, når de kommer i kontakt med tungmetaller, men fører til resultater, der er afhængige af subjektive aflæsninger af strimlen.

NTU -opfindelsen blev rapporteret i et papir offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift ACS -sensorer fungerer i marken og kræver blot et par dråber af en vandprøve i en engangssensorpatron for at opdage tungmetaller med dele pr. milliard præcision.

Dette følsomhedsniveau er i overensstemmelse med kravene til sikkerhedsgrænser i Singapore, der falder inden for Verdenssundhedsorganisationens standarder. For eksempel, enheden kan registrere blyniveauer på 5 dele pr. milliard, hvilket er lavere end den grænse på 10 dele pr. milliard, der er fastsat i Environmental Public Health Act i Singapore.

Sensorenes følsomhed i den NTU håndholdte enhed er heller ikke begrænset af udsættelse for luft, og forbliver effektiv op til en temperatur på 40 ° C.

Assoc Prof Yong Ken-Tye, indehaver af NTU Provost's Chair in Electrical and Electronic Engineering, sagde, "Vores enhed er i stand til hurtigt at udføre vandkvalitetstest på stedet og kan opdage op til 24 typer metalforurenende stoffer, hvilket er det dobbelte af kapaciteten af ​​andre kommercielt tilgængelige vandfølere.

"Brug af et chelateringsmiddel i enheden sikrer, at dens sensor er lige så følsom til at detektere tungmetaller som kroppens naturlige forsvarsmekanisme mod metalforgiftning."

Inspireret af kroppens metalfornemmelsesmekanisme

Enheden omfatter en optisk fibersensor modificeret med et chelateringsmiddel, og en laser, der skinner igennem den. Denne sensor er forbundet til en behandlingsenhed, der viser resultaterne af vandkvalitetstesten (se billedet nedenfor).

I en vandprøve forurenet af tungmetaller, metalionerne vil binde til chelateringsmidlet på den optiske fiberføler. Dette fremkalder et skift i outputlysspektret, hvorfra enhedens behandlingsenhed derefter beregner koncentrationen af ​​tungmetaller i prøven. Processen tager cirka fem minutter.

Professor Tjin Swee Chuan, som også er NTU's Associate Provost (Graduate Education &Lifelong Learning), sagde, "Enheden kan let integreres i ethvert eksisterende in-line vandrensningsanlæg. Selvom vores produkt er konkurrencedygtigt nok til at trænge ind på markedet, vi arbejder stadig på at forbedre og udvide vores vandsensors produktlinje. For eksempel, vi undersøger måder at oversætte denne teknologi til husholdningsbrug, såsom i husholdningsvandfiltreringssystemer og elektriske vandkedler. "

Efter at have indgivet to patenter, NTU-teamet har nu med succes indarbejdet en spin-off, Vandligt. Det arbejder nu med andre lokale virksomheder for at indsamle flere data gennem deres opfindelse for at forbedre enhedens nøjagtighed.

Waterply samarbejder også med et statsejet selskab i Kina om at udvikle næste generations vandfølere, der kan håndtere vandforurening.