Wen-Chi Lin демонстрирует дизайн своего электронного свинцового датчика. Это может позволить городам и домовладельцам точно определить трубы, которые загрязняют воду свинцом. (Предоставлено: Эван Догерти / Michigan Engineering Communications & Marketing / U. Michigan)

Новый электронный датчик может контролировать качество воды в домах или городах, сообщая жителям или должностным лицам о наличии свинца в воде в течение девяти дней - всего около $ 20.

Водный кризис Флинта показал нацию, что старые системы водоснабжения, которые, как считается, стабильны в течение десятилетий, могут внезапно подвергнуть тысячи людей воздействию нейротоксина, если изменение качества воды вызывает коррозию свинцового трубопровода.

Кроме того, стандартные испытания образцов воды требуют от пользователей запускать воду в течение нескольких минут, не пропуская ни одного свинца, который вымывается в воду из собственных труб дома.

Марк Бернс, профессор химического машиностроения в Мичиганском университете, и его коллеги решили разработать недорогой датчик, который можно было бы разместить в ключевых точках городских систем водоснабжения, а также в кранах в домах.

«Надеюсь, это будет иметь какое-то влияние, потому что страшно думать о том, чтобы вести в своей воде, - говорит Бернс.

Хитрость заключается в отделении свинца от всех других металлов, которые могут присутствовать в воде, большинство из них опасны только в очень высоких дозах.

«Поскольку железо является самым распространенным металлом в воде и в основном безвредным (помимо плохого запаха), мы видим, что это мешает нашему сенсору», - говорит Вэнь-Чи Линь, недавний аспирант по химическому машиностроению.

Таким образом, она разработала датчик, который мог бы отличать свинцовые и другие металлы, такие как железо. Он опирается на две пары электродов. Положительный электрод и его нейтральный сосед устанавливают среду с низким энергопотреблением, в то время как отрицательный электрод и его нейтральный сосед создают среду, богатую электронами.

Отрицательный электрод предлагает электроны положительным ионам, захватывая большинство металлов. Металлы уже окисляются в воде, то есть они отказались от некоторых из своих электронов, поэтому они предпочитают возможность вернуть электроны.

Однако свинец притягивается к положительной стороне электрода - он является единственным загрязняющим металлом, который легко теряет больше электронов и далее окисляется.

Лин проверил датчики в самых разных средах: имитировал водопроводную воду и воду из фактического крана, с металлическими кольцами или нет. По мере накопления свинца на положительном электроде он в конечном итоге достигает нейтрального электрода, замыкает цепь и генерирует напряжение. Выше одновольтного сигнала система регистрирует удар.

Это аналогичная история на отрицательном электроде, собирающая высокие концентрации железа, цинка и меди, что также может стать проблемой для здоровья. Датчик может различать проблему с свинцом и проблему с одним из этих других металлов.

«Может быть приложение, которое будет контролировать все краны, и оно может просто отправить вам сообщение электронной почты, когда оно обнаружит событие», - говорит Бернс.

Лин был особенно осведомлен о ложных срабатываниях - обнаружение означает, что электрод вышел из строя для хорошего (но не для всего датчика), и это может вызвать ненужный страх для семьи или чиновника.

Единственный потенциал для ложного свинцового предупреждения - если концентрация меди слишком высока. Медь настолько хороша в захвате лишних электронов, что она может накапливаться на нейтральном электроде рядом с положительным электродом. Но медь только создает напряжение в высоких концентрациях, приближаясь к пределу действия Агентства по охране окружающей среды частей 1,300 на миллиард.

Напротив, свинец проявляется в количествах 15 на миллиард - его предел действия EPA - примерно через неделю. По данным Центров по контролю за заболеваниями, этот уровень воздействия не считается повышенным уровнем содержания в крови у взрослых. Большая концентрация свинца, составляющая 150 на миллиард, была собрана через один или два дня, в зависимости от химического состава воды.

Лин считает, что с оптимизацией положительный электрод может быть еще лучше при привлечении свинца, но не меди.

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

Исследование появляется в Аналитическая химия.

Мичиганский университет профинансировал работу через стипендию Барбура, посол Рэкхэма прероктората и профессора TC Chang Endowed.

Источник: Мичиганский университет

Похожие книги:

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon