MOF-baseret sensor til test af vandkvalitet

FN's mål for bæredygtig udvikling, Nummer 6, adresserer behovet for adgang til rent vand og sanitet for alle. I den globale situation, hver tredje person har ikke adgang til sikkert drikkevand, og to ud af fem har ikke grundlæggende håndvask med sæbe og vand.

Vandkvalitet vedrører også opløste elementer. I tilfælde af fluor, kontrollerede mængder anbefales for at beskytte tænderne, f.eks. inkluderet i tandpasta. Højere niveauer kan forårsage fluorose, forstyrre dannelsen af ​​tandemaljen, korrekt vækst af knoglerne, og forårsage lammende deformiteter i rygsøjlen og leddene. Forekomsten af ​​højere koncentrationer af fluor i vand er højere i landdistrikterne uden adgang til et passende vandnet.

Fluor i vandkilder har en geogen oprindelse i stedet for menneskeskabte - fluoridkoncentrationen i vand bestemmes af geologiske formationer i flodlejer. Dermed, fluoridfordelingen kan være inhomogen i berørte områder, og vandkilder med sikre og usikre fluoridniveauer kan eksistere tæt på hinanden. I dette tilfælde, fluoridsproblemet kunne løses af en lokal befolkning forsynet med specifikt udstyr til at detektere fluoridniveauerne i vandet og hjælpe dem med at forbruge sikkert vand.

Udstyrsomkostningerne til fluoriddetektering er moderate til høje, og kræver, at træning bruges effektivt. Denne pris er ikke overkommelig for befolkningerne i landdistrikterne. Af disse grunde, gruppen under ledelse af professor Mutsumi Kimura og dr. Eugenio Otal fra Shinshu University besluttede at udvikle bærbart udstyr til en overkommelig pris, som på en enkel måde kan detektere fluor til lave omkostninger. Deres forskning blev for nylig offentliggjort i Kemi - et europæisk tidsskrift . Omkostningerne ved den udviklede tech-demo er omkring US $ 23, men denne pris kan reduceres til mindre end det halve, hvis produktionen skaleres op. Hovedomkostningerne er relateret til elektronik, der er nyttige til mange bestemmelser.

Lanthanidbaserede metal-organiske rammer (MOF'er) tilbyder en god platform til fluorføling på grund af deres høje affinitet for fluor og intens emission i det synlige spektrum. Fluanthens stærke affinitet af lanthanider omdanner MOF'erne til de tilsvarende fluorider, slukning af lanthanidfluorescensen. Denne intensitetsændring kan bruges til at bestemme fluoridniveauet i drikkevand. Forskere ved Shinshu University valgte bomuld som et substrat for dets hydrofile natur, muliggøre en god synergi med de porøse MOF'er og en god kontrol over mængden af ​​væskeprøve, der indføres i enheden, gøre resultaterne reproducerbare og forenkle de tidligere anvendte systemer.

Disse innovationer er kompatible med gruppens tidligere udvikling, som blev offentliggjort i ACS-sensorer i januar i år. I denne tidligere artikel, de præsenterer den elektroniske platform baseret på en Arduino mikrokontroller, som bruger en smartphone som en strømkilde og dataindsamlingsplatform. Denne innovation eliminerer batteri og skærm, reducere omkostningerne og gøre det muligt at overføre fluorid -kvantificeringsoplysningerne direkte til smartphonen. Arduino -koden, der bruges i enheden, kan også ændres i henhold til lokalbefolkningens krav.

For at overføre oplysningerne, der blev udviklet en venlig grafisk grænseflade (hello.fridie.de/zensorics-app/), det indsamler fluorid -kvantificeringsdata, tiden, dato, og position fra smartphonens GPS og overfører dem via e -mail, SMS, WhatsApp eller en hvilken som helst onlinemeddelelsestjeneste, der skal inkluderes på et kort med sikkert vand, der skal deles med resten af ​​lokalbefolkningen.

Dette nye system opfylder 4.0 -industriens koncepter, det er 3D -printbart, Arduino programmerbar, open source, og enheden kan produceres lokalt og distribueres. Al denne innovation producerede en billig enhed, der let kan betjenes af ikke-uddannede brugere.

Det næste trin er at implementere en MOF med endnu bedre ydeevne. Det faktiske system bruger en UV LED til excitation af lanthanid MOF og registrerer den grønne emission. Første forfatter Eugenio Otal udtaler, "vi udviklede en ændring af denne MOF, som kan blive spændt med synligt lys, og signalet vil blive detekteret i infrarød. Denne innovation kan reducere omkostningerne ved elektronikken og bruge billigere og mere følsomme detektorer i det infrarøde område af elektromagnetiske spektre."

Deres endelige mål er at udvikle en bærbar enhed til vandkvalitet ved hjælp af de samme koncepter, som de brugte her, gør det modulært i henhold til kravene i hver region og yder deres bidrag til mål 6 i FN's mål for bæredygtig udvikling:Sikre adgang til vand og sanitet for alle en realitet, med en bærbar og overkommelig enhed.