Questi sensori economici possono monitorare il piombo nelle acque domestiche
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.
(Credito: Evan Dougherty / Michigan Engineering Communications & Marketing / U. Michigan)

Un nuovo sensore elettronico può monitorare la qualità dell'acqua nelle case o nelle città, informando i residenti o i funzionari della presenza di piombo in acqua entro nove giorni, il tutto per circa $ 20.

La crisi idrica di Flint ha mostrato alla nazione che i vecchi sistemi idrici che si ritiene siano rimasti stabili per decenni possono improvvisamente esporre migliaia di persone a una neurotossina se un cambiamento nella qualità dell'acqua corrode le tubazioni di piombo.

Inoltre, i test standard sui campioni d'acqua richiedono che gli utenti eseguano l'acqua per diversi minuti, senza il piombo che penetra nell'acqua dalle tubature della casa.

Mark Burns, un professore di ingegneria chimica presso l'Università del Michigan, ei suoi colleghi hanno deciso di sviluppare un sensore economico che potesse essere collocato nei punti chiave nei sistemi idrici urbani e nei rubinetti delle case.

"Spero che avrà un certo impatto perché è spaventoso pensare di avere il piombo nella tua acqua", dice Burns.


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Il trucco sta nel separare il piombo da tutti gli altri metalli che potrebbero essere presenti nell'acqua, molti dei quali sono pericolosi solo a dosi molto alte.

"Poiché il ferro è il metallo più comune nell'acqua ed è fondamentalmente innocuo (oltre ad avere un cattivo odore), vediamo che interferisce con il nostro sensore", afferma Wen-Chi Lin, un dottorando in ingegneria chimica.

Quindi, ha progettato un sensore in grado di differenziare il piombo e altri metalli come il ferro. Si basa su due coppie 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, catturando la maggior parte dei metalli. I metalli sono già ossidati in acqua, il che significa che hanno abbandonato alcuni dei loro elettroni, quindi preferiscono l'opportunità di recuperare gli elettroni.

Tuttavia, il piombo è attratto dal lato positivo del set di elettrodi: è l'unico metallo contaminante che prontamente perde 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 effettivo, con aggiunta di metalli o meno. Quando il piombo si accumula sull'elettrodo positivo, alla fine raggiunge l'elettrodo neutro, chiudendo il circuito e generando una tensione. Sopra un segnale a un volt, il sistema registra un colpo.

È una storia simile sull'elettrodo negativo, che raccoglie 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 che monitorerebbe tutti i tocchi e potrebbe semplicemente inviarti un messaggio e-mail quando ha rilevato un evento", afferma Burns.

Lin era particolarmente consapevole dei falsi positivi: un rilevamento indica che l'elettrodo è fuori servizio per sempre (ma non l'intero sensore) e potrebbe causare uno spavento non necessario per una famiglia o un funzionario.

L'unico potenziale per un falso allarme di piombo è se la concentrazione di rame è troppo alta. Il rame è così bravo a catturare elettroni in più che può accumularsi sull'elettrodo neutro vicino all'elettrodo positivo. Ma il rame crea solo una tensione ad alte concentrazioni, avvicinandosi al limite di azione dell'agenzia di protezione ambientale di 1,300 parti per miliardo.

Piombo, al contrario, 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 elevare i livelli ematici negli adulti, secondo il Centers for Disease Control. Una maggiore concentrazione di piombo, parti 150 per miliardo, è stata rilevata dopo solo uno o due giorni, a seconda della composizione chimica dell'acqua.

Lin ritiene che con l'ottimizzazione, l'elettrodo positivo potrebbe essere ancora migliore per attrarre il piombo ma non il rame.

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Lo studio appare in Chimica analitica.

L'Università del Michigan ha finanziato il lavoro attraverso la borsa di studio Barbour, la borsa di studio predeterminata di Rackham e la cattedra di CT Chang.

Fonte: University of Michigan

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