Wen-Chi Lin mostra il suo design del sensore di piombo elettronico. Potrebbe consentire alle città e ai proprietari di case di individuare i tubi che contaminano l'acqua con il piombo. Attestazione:Evan Dougherty, Michigan Ingegneria delle comunicazioni e del marketing
Un nuovo sensore di piombo elettronico, potenzialmente costa circa $ 20, potrebbe tenere d'occhio la qualità dell'acqua domestica e cittadina, allertare residenti e funzionari della presenza di piombo entro nove giorni. I ricercatori dell'Università del Michigan stanno cercando partner per portare la tecnologia sul mercato.
La crisi idrica di Flint ha mostrato alla nazione che i vecchi sistemi idrici ritenuti stabili da decenni possono esporre improvvisamente migliaia di persone a una neurotossina se le tubazioni di piombo vengono corrose da un cambiamento nella qualità dell'acqua. Inoltre, i test standard dei campioni d'acqua richiedono che gli utenti facciano scorrere l'acqua per diversi minuti, manca il piombo che entra nell'acqua dai tubi di casa.
Marco Burns, il T.C. Chang Professore di Ingegneria Chimica presso la U-M, e i suoi colleghi hanno deciso di sviluppare un sensore economico che potesse essere posizionato in punti chiave nei sistemi idrici cittadini e nei rubinetti delle case.
"Spero che avrà qualche impatto perché è spaventoso pensare di avere piombo nella tua acqua, " ha detto Burns.
Il trucco sta nel separare il piombo da tutti gli altri metalli che potrebbero essere presenti nell'acqua, la maggior parte di questi pericolosi solo in dosi molto elevate.
"Poiché il ferro è il metallo più comune nell'acqua ed è fondamentalmente innocuo (oltre ad avere un cattivo odore), lo vediamo come un'interferenza con il nostro sensore, " disse Wen-Chi Lin, un recente dottorato di ricerca laureato in ingegneria chimica.
Così, ha progettato un sensore in grado di distinguere tra piombo e altri metalli come il ferro. Si basa su due paia di elettrodi. L'elettrodo positivo e il suo vicino neutro creano un ambiente povero di elettroni, mentre l'elettrodo negativo e il suo vicino neutro creano un ambiente ricco di elettroni.
L'elettrodo negativo offre elettroni agli ioni positivi, catturare la maggior parte dei metalli. I metalli sono già ossidati in acqua, nel senso che hanno rinunciato ad alcuni dei loro elettroni, quindi preferiscono un'opportunità per recuperare gli elettroni.
Però, il piombo è attratto dal lato positivo del set di elettrodi:è l'unico metallo contaminante che perde facilmente più elettroni e si ossida ulteriormente.
Lin ha testato i sensori in una varietà di ambienti:acqua di rubinetto simulata e acqua da un rubinetto reale, a spillo con metalli o no. Quando il piombo si accumula sull'elettrodo positivo, alla fine raggiunge l'elettrodo neutro, chiudendo il circuito e generando una tensione. Al di sopra di un segnale di un volt, il sistema registra un hit.
È una storia simile sull'elettrodo negativo, raccogliere alte concentrazioni di ferro, zinco e rame, che possono anche diventare problemi di salute. Il sensore può distinguere tra un problema di piombo e un problema con uno di questi altri metalli.
"Potrebbe esserci un'app in grado di monitorare tutti i rubinetti, e potrebbe semplicemente inviarti un messaggio di posta elettronica quando rileva un evento, " ha detto Burns.
Una vista ravvicinata del sensore del piombo, dotato di due coppie di elettrodi. Potrebbe consentire alle città e ai proprietari di case di individuare i tubi che contaminano l'acqua con il piombo. Credito:Wen-Chi Lin, Laboratorio delle ustioni, Università del Michigan
Lin era particolarmente consapevole dei falsi positivi:un rilevamento significa che l'elettrodo è fuori uso per sempre (ma non l'intero sensore), e potrebbe causare uno spavento inutile per una famiglia o un funzionario.
L'unico potenziale per un avviso di piombo falso è se la concentrazione di rame è troppo alta. Il rame è così bravo a catturare gli elettroni extra che può accumularsi sull'elettrodo neutro vicino all'elettrodo positivo. Ma il rame crea una tensione solo ad alte concentrazioni, avvicinandosi al limite di azione dell'Agenzia per la protezione dell'ambiente pari a 1, 300 parti per miliardo.
Condurre, in contrasto, si presenta a 15 parti per miliardo, il suo limite di azione EPA, dopo circa una settimana. Questo livello di esposizione non è pensato per aumentare i livelli ematici negli adulti, secondo i Centers for Disease Control. Una maggiore concentrazione di piombo, 150 parti per miliardo, è stato ritirato dopo solo uno o due giorni, a seconda della chimica dell'acqua.
Lin crede che con l'ottimizzazione, l'elettrodo positivo potrebbe essere ancora migliore nell'attrarre il piombo ma non il rame.
Lo studio è pubblicato su Chimica analitica , intitolato, "Un sensore di acqua potabile per piombo e altri metalli pesanti."
