Wen-Chi Lin viser sin elektroniske bly sensors design. Det kan gjøre det mulig for byer og huseiere å finne rør som spiser vann med bly. (Kreditt: Evan Dougherty / Michigan Engineering Communications & Marketing / U. Michigan)

En ny elektronisk sensor kan overvåke vannkvaliteten i hjem eller byer, informere beboere eller tjenestemenn om tilstedeværelsen av bly i vann innen ni dager - alt for rundt $ 20.

Flintvannkrisen viste nasjonen at gamle vannsystemer som antas å ha vært stabile i flere tiår, plutselig kan eksponere tusenvis av mennesker til et nevrotoksin dersom en forandring i vannkvaliteten korroderer blyrør.

I tillegg krever standardvannsprøvetester at brukerne skal rense vannet i flere minutter, mangler ledning som lekker ut i vannet fra hjemmets egne rør.

Mark Burns, en kjemisk ingeniør professor ved University of Michigan, og hans kolleger satte seg for å utvikle en billig sensor som kunne plasseres på viktige punkter i byvannssystemer samt ved kranene i hjemmene.

"Jeg håper det vil få noen innflytelse fordi det er skummelt å tenke på å ha bly i vannet ditt," sier Burns.

Trikset adskiller bly fra alle andre metaller som kan være tilstede i vann, de fleste av dem er bare farlige i svært høye doser.

"Siden jern er det vanligste metallet i vann og i utgangspunktet er ufarlig (foruten å ha en dårlig lukt), ser vi det som forstyrrende med vår sensor," sier Wen-Chi Lin, en ny doktorgradsstudent i kjemisk ingeniørfag.

Så designet hun en sensor som kunne skille mellom bly og andre metaller som jern. Det er avhengig av to par elektroder. Den positive elektroden og dens nøytrale nabo setter opp et elektrisk dårlig miljø, mens den negative elektroden og dens nøytrale nabo skaper et elektronrikt miljø.

Den negative elektroden gir elektroner til positive ioner, fanger de fleste metaller. Metallene er allerede oksidert i vann, noe som betyr at de har gitt opp noen av deres elektroner, så de foretrekker en mulighet til å få elektroner tilbake.

Imidlertid er bly tiltrukket av den positive siden av elektrodesettet. Det er det eneste forurensende metallet som lett mister flere elektroner og oksiderer videre.

Lin testet sensorene i en rekke miljøer: simulert kranvann og vann fra en faktisk kran, spiket med metaller eller ikke. Som bly bygger opp på den positive elektroden, når den til slutt den nøytrale elektroden, lukker kretsen og genererer spenning. Over et 1-volts signal registrerer systemet et treff.

Det er en lignende historie på den negative elektroden, og henter høye konsentrasjoner av jern, sink og kobber, som også kan bli helseproblemer. Sensoren kan skille mellom et blyproblem og et problem med en av disse andre metaller.

"Det kan være en app som vil overvåke alle kranene, og det kan bare sende deg en e-postmelding når den oppdager en hendelse," forteller Burns.

Lin var spesielt bevisst på falske positive - en deteksjon betyr at elektroden er ute av kommisjon for god (men ikke hele sensoren), og det kan føre til unødvendig skremme for en familie eller en offisiell.

Det ene potensialet for en falsk blyvarsling er om kobberkonsentrasjonen er for høy. Kobber er så godt å ta ekstra elektroner som det kan bygge opp på den nøytrale elektroden ved siden av den positive elektroden. Men kobber skaper bare en spenning ved høye konsentrasjoner, nærmer seg Environmental Protection Agency-grenseverdien for 1,300-deler per milliard.

Leder, derimot, opptrer ved 15-deler per milliard, dens EPA-handlingsgrense - etter omtrent en uke. Dette eksponeringsnivået antas ikke å forhøye blodnivået hos voksne, ifølge Centers for Disease Control. En større konsentrasjon av bly, 150 deler per milliard, ble hentet etter bare en eller to dager, avhengig av vannkjemien.

Lin mener at ved optimalisering kan den positive elektroden være bedre, men å tiltrekke bly, men ikke kobber.

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

Studien vises i Analytisk kjemi.

University of Michigan finansierte arbeidet gjennom Barbour Scholarship, Rackham Predoctoral fellesskap, og TC Chang Endowed Professorship.

kilde: University of Michigan

Relaterte bøker:

at InnerSelf Market og Amazon