Η Wen-Chi Lin επιδεικνύει τον ηλεκτρονικό της αισθητήρα ηλεκτροδίων. Θα μπορούσε να δώσει τη δυνατότητα στις πόλεις και τους ιδιοκτήτες σπιτιού να εντοπίσουν τους σωλήνες που λερώνουν το νερό με μόλυβδο. (Πίστωση: Evan Dougherty/Michigan Engineering Communications & Marketing/U. Michigan)

Ένας νέος ηλεκτρονικός αισθητήρας μπορεί να παρακολουθεί την ποιότητα του νερού σε σπίτια ή πόλεις, ενημερώνοντας τους κατοίκους ή τους υπαλλήλους για την παρουσία μολύβδου στο νερό μέσα σε εννέα ημέρες - όλα για περίπου 20 $.

Η κρίση του νερού Flint έδειξε στο έθνος ότι τα παλιά συστήματα νερού που πιστεύεται ότι ήταν σταθερά για δεκαετίες μπορούν ξαφνικά να εκθέσουν χιλιάδες ανθρώπους σε μια νευροτοξίνη εάν μια αλλαγή στην ποιότητα του νερού διαβρώσει τις σωληνώσεις μολύβδου.

Επιπλέον, οι τυπικές δοκιμές δειγμάτων νερού απαιτούν από τους χρήστες να τρέξουν το νερό τους για αρκετά λεπτά, χάνοντας τυχόν μόλυβδο που διοχετεύεται στο νερό από τους σωλήνες του ίδιου του σπιτιού.

Ο Mark Burns, καθηγητής χημικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, και οι συνεργάτες του ξεκίνησαν να αναπτύξουν έναν φθηνό αισθητήρα που θα μπορούσε να τοποθετηθεί σε βασικά σημεία στα συστήματα ύδρευσης της πόλης καθώς και στις βρύσες των σπιτιών.

«Ελπίζω ότι θα έχει κάποιο αντίκτυπο γιατί είναι τρομακτικό να σκέφτεσαι να έχεις μόλυβδο στο νερό σου», λέει ο Μπερνς.

Το κόλπο είναι ο διαχωρισμός του μολύβδου από όλα τα άλλα μέταλλα που μπορεί να υπάρχουν στο νερό, τα περισσότερα από τα οποία είναι επικίνδυνα μόνο σε πολύ υψηλές δόσεις.

«Δεδομένου ότι ο σίδηρος είναι το πιο κοινό μέταλλο στο νερό και είναι βασικά ακίνδυνο (εκτός από άσχημη οσμή), το βλέπουμε να παρεμβαίνει στον αισθητήρα μας», λέει ο Wen-Chi Lin, ένας πρόσφατος πτυχιούχος διδακτορικού στη χημική μηχανική.

Έτσι, σχεδίασε έναν αισθητήρα που θα μπορούσε να διαφοροποιήσει μεταξύ του μολύβδου και άλλων μετάλλων όπως ο σίδηρος. Βασίζεται σε δύο ζεύγη ηλεκτροδίων. Το θετικό ηλεκτρόδιο και ο ουδέτερος γείτονάς του δημιουργούν ένα περιβάλλον φτωχό σε ηλεκτρόνια, ενώ το αρνητικό ηλεκτρόδιο και ο ουδέτερος γείτονάς του δημιουργούν ένα περιβάλλον πλούσιο σε ηλεκτρόνια.

Το αρνητικό ηλεκτρόδιο προσφέρει ηλεκτρόνια σε θετικά ιόντα, δεσμεύοντας τα περισσότερα μέταλλα. Τα μέταλλα έχουν ήδη οξειδωθεί στο νερό, που σημαίνει ότι έχουν εγκαταλείψει μερικά από τα ηλεκτρόνια τους, επομένως προτιμούν μια ευκαιρία να πάρουν πίσω ηλεκτρόνια.

Ωστόσο, ο μόλυβδος έλκεται από τη θετική πλευρά του συνόλου ηλεκτροδίων - είναι το μόνο ρυπαντικό μέταλλο που χάνει εύκολα περισσότερα ηλεκτρόνια και οξειδώνεται περαιτέρω.

Ο Lin δοκίμασε τους αισθητήρες σε διάφορα περιβάλλοντα: προσομοίωσε νερό βρύσης και νερό από μια πραγματική βρύση, με μέταλλα ή όχι. Καθώς ο μόλυβδος συσσωρεύεται στο θετικό ηλεκτρόδιο, τελικά φτάνει στο ουδέτερο ηλεκτρόδιο, κλείνοντας το κύκλωμα και δημιουργώντας τάση. Πάνω από ένα σήμα ενός βολτ, το σύστημα καταγράφει ένα χτύπημα.

Είναι μια παρόμοια ιστορία για το αρνητικό ηλεκτρόδιο, που μαζεύει υψηλές συγκεντρώσεις σιδήρου, ψευδαργύρου και χαλκού, που μπορούν επίσης να γίνουν ανησυχίες για την υγεία. Ο αισθητήρας μπορεί να διαφοροποιήσει μεταξύ ενός προβλήματος μολύβδου και ενός προβλήματος με ένα από αυτά τα άλλα μέταλλα.

«Θα μπορούσε να υπάρχει μια εφαρμογή που θα παρακολουθούσε όλα τα πατήματα και θα μπορούσε απλώς να σας στείλει ένα μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου όταν εντόπισε ένα συμβάν», λέει ο Burns.

Ο Lin είχε ιδιαίτερη επίγνωση των ψευδώς θετικών στοιχείων—η ανίχνευση σημαίνει ότι το ηλεκτρόδιο είναι οριστικά εκτός λειτουργίας (αλλά όχι ολόκληρος ο αισθητήρας) και θα μπορούσε να προκαλέσει έναν περιττό τρόμο σε μια οικογένεια ή έναν υπάλληλο.

Η μόνη πιθανότητα για ψευδή ειδοποίηση μολύβδου είναι εάν η συγκέντρωση χαλκού είναι πολύ υψηλή. Ο χαλκός είναι τόσο καλός στο να πιάνει επιπλέον ηλεκτρόνια που μπορεί να συσσωρευτεί στο ουδέτερο ηλεκτρόδιο δίπλα στο θετικό ηλεκτρόδιο. Αλλά ο χαλκός δημιουργεί τάση μόνο σε υψηλές συγκεντρώσεις, πλησιάζοντας το όριο δράσης της Υπηρεσίας Προστασίας του Περιβάλλοντος των 1,300 μερών ανά δισεκατομμύριο.

Ο μόλυβδος, αντίθετα, εμφανίζεται στα 15 μέρη ανά δισεκατομμύριο - το όριο δράσης EPA του - μετά από περίπου μια εβδομάδα. Αυτό το επίπεδο έκθεσης δεν πιστεύεται ότι αυξάνει τα επίπεδα στο αίμα στους ενήλικες, σύμφωνα με τα Κέντρα Ελέγχου Νοσημάτων. Μια μεγαλύτερη συγκέντρωση μολύβδου, 150 μέρη ανά δισεκατομμύριο, συλλέχθηκε μετά από μόλις μία ή δύο ημέρες, ανάλογα με τη χημεία του νερού.

Ο Lin πιστεύει ότι με τη βελτιστοποίηση, το θετικό ηλεκτρόδιο θα μπορούσε να είναι καλύτερο στην προσέλκυση μολύβδου αλλά όχι χαλκού.

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

Η μελέτη εμφανίζεται στο Αναλυτική Χημεία.

Το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν χρηματοδότησε το έργο μέσω της υποτροφίας Barbour, της Rackham Predoctoral Fellowship και του TC Chang Edowed Professorship.

πηγή: Πανεπιστήμιο του Michigan

Σχετικές Βιβλία:

at InnerSelf Market και Amazon