Wen-Chi Lin menunjukkan reka bentuk penderiaan elektroniknya. Ia boleh membolehkan bandar dan pemilik rumah untuk menentukan paip yang mencemari air dengan plumbum. (Kredit: Evan Dougherty / Michigan Engineering Communications & Marketing / U. Michigan)

Sensor elektronik baru boleh memantau kualiti air di rumah atau kota, memaklumkan penduduk atau pegawai kehadiran plumbum dalam air dalam sembilan hari-semua untuk sekitar $ 20.

Krisis air Flint menunjukkan negara bahawa sistem air lama yang dipercayai telah stabil selama beberapa dekad dapat mendedahkan ribuan orang ke neurotoxin jika perubahan dalam kualiti air mengikis pipa memimpin.

Di samping itu, ujian sampel air standard memerlukan pengguna untuk menjalankan air mereka selama beberapa minit, kehilangan apa-apa plumbum yang menyalurkan ke dalam air dari paip rumah sendiri.

Mark Burns, seorang profesor kejuruteraan kimia di University of Michigan, dan rakan-rakannya berusaha untuk membangunkan sensor murah yang boleh diletakkan di titik-titik utama dalam sistem air bandar serta di paip-paip di rumah.

"Saya harap ia akan mempunyai sedikit kesan kerana ia adalah menakutkan untuk berfikir tentang memimpin di dalam air anda," kata Burns.

Caranya ialah memisahkan plumbum dari semua logam lain yang mungkin terdapat di dalam air, kebanyakannya hanya berbahaya dalam dos yang sangat tinggi.

"Oleh kerana besi adalah logam yang paling biasa di dalam air dan pada asasnya tidak berbahaya (selain mempunyai bau yang tidak baik), kami melihatnya sebagai mengganggu sensor kami," kata Wen-Chi Lin, seorang siswazah kedoktoran baru dalam kejuruteraan kimia.

Oleh itu, dia merancang sensor yang boleh membezakan antara plumbum dan logam lain seperti besi. Ia bergantung kepada dua pasang elektrod. Elektrod positif dan jiran neutralnya menubuhkan persekitaran miskin-elektron, manakala elektrod negatif dan jiran neutralnya mewujudkan persekitaran yang kaya dengan elektron.

Elektrod negatif menawarkan elektron kepada ion positif, menangkap kebanyakan logam. Logam telah teroksidasi di dalam air, bermakna mereka telah memberikan beberapa elektron mereka, jadi mereka lebih suka peluang untuk mendapatkan kembali elektron.

Walau bagaimanapun, plumbum tertarik kepada sisi positif set elektrod - ia adalah satu-satunya logam pencemar yang mudah kehilangan lebih banyak elektron dan mengoksidasi lagi.

Lin menguji sensor dalam pelbagai persekitaran: air paip simulasi dan air dari paip sebenar, dengan logam atau tidak. Memandangkan plumbum membina elektrod positif, ia akhirnya mencapai elektrod neutral, menutup litar dan menjana voltan. Di atas isyarat satu volt, sistem mencatat satu hit.

Ini adalah kisah yang sama mengenai elektrod negatif, mengambil kepekatan besi, zink, dan tembaga yang tinggi, yang juga boleh menjadi kebimbangan kesihatan. Sensor dapat membezakan antara masalah utama dan masalah dengan salah satu logam lain.

"Mungkin terdapat aplikasi yang akan memantau semua paip, dan ia hanya akan menghantar mesej e-mel kepada anda apabila ia mengesan peristiwa," kata Burns.

Lin sangat sedar tentang positif palsu-pengesanan bermakna bahawa elektrod adalah komisen untuk kebaikan (tetapi bukan keseluruhan sensor), dan ia boleh menyebabkan menakutkan yang tidak perlu untuk keluarga atau rasmi.

Satu potensi untuk waspada utama adalah jika kepekatan tembaga terlalu tinggi. Tembaga sangat baik untuk meraih elektron tambahan yang boleh membina elektrod neutral di sebelah elektrod positif. Tetapi tembaga hanya mewujudkan voltan pada kepekatan yang tinggi, menghampiri had tindakan Perlindungan Alam Sekitar Agensi 1,300 bahagian per bilion.

Lead, sebaliknya, muncul di bahagian 15 per bilion-had tindakan EPA-selepas kira-kira seminggu. Tahap pendedahan ini tidak difikirkan untuk meningkatkan paras darah pada orang dewasa, menurut Pusat Kawalan Penyakit. Kepekatan yang lebih besar dari plumbum, bahagian 150 setiap bilion, telah dijemput selepas hanya satu atau dua hari, bergantung kepada kimia air.

Lin percaya bahawa dengan pengoptimuman, elektrod positif boleh menjadi lebih baik lagi untuk menarik plumbum tetapi tidak tembaga.

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

Kajian itu muncul dalam Kimia Analisis.

University of Michigan membiayai kerja melalui Biasiswa Barbour, Rackham Predoctoral Fellowship, dan TC Chang Endowed Professorship.

sumber: Universiti Michigan

Buku berkaitan:

at InnerSelf Market dan Amazon