Deze goedkope sensor kan lood in huishoudwater monitoren
Wen-Chi Lin pronkt met haar elektronische loodsensorontwerp. Het zou steden en huiseigenaren in staat kunnen stellen om leidingen te lokaliseren die water verontreinigen met lood.
(Credit: Evan Dougherty/Michigan Engineering Communications & Marketing/U. Michigan)

Een nieuwe elektronische sensor kan de waterkwaliteit in huizen of steden controleren en bewoners of functionarissen op de hoogte stellen van de aanwezigheid van lood in water binnen negen dagen - alles voor ongeveer $ 20.

De watercrisis in Flint heeft de natie laten zien dat oude watersystemen waarvan wordt aangenomen dat ze al tientallen jaren stabiel zijn, duizenden mensen plotseling kunnen blootstellen aan een neurotoxine als een verandering in de waterkwaliteit loden leidingen aantast.

Bovendien vereisen standaard watermonstertests dat gebruikers hun water enkele minuten laten lopen, waarbij elk lood dat uit de eigen leidingen van het huis in het water lekt, wordt gemist.

Mark Burns, professor scheikundige technologie aan de Universiteit van Michigan, en zijn collega's wilden een goedkope sensor ontwikkelen die zowel op belangrijke punten in stadswatersystemen als bij de kranen in huizen kon worden geplaatst.

"Ik hoop dat het enige impact zal hebben, want het is eng om na te denken over het hebben van lood in je water", zegt Burns.


innerlijk abonneren grafisch


De truc is om lood te scheiden van alle andere metalen die mogelijk in water aanwezig zijn, waarvan de meeste alleen gevaarlijk zijn in zeer hoge doses.

"Aangezien ijzer het meest voorkomende metaal in water is en in wezen onschadelijk is (behalve dat het een slechte geur heeft), zien we dat het onze sensor verstoort", zegt Wen-Chi Lin, een recentelijk gepromoveerd in chemische technologie.

Dus ontwierp ze een sensor die onderscheid kon maken tussen lood en andere metalen zoals ijzer. Het is gebaseerd op twee paar elektroden. De positieve elektrode en zijn neutrale buur creëren een elektronenarme omgeving, terwijl de negatieve elektrode en zijn neutrale buur een elektronenrijke omgeving creëren.

De negatieve elektrode biedt elektronen aan positieve ionen en vangt de meeste metalen op. De metalen zijn al geoxideerd in water, wat betekent dat ze een deel van hun elektronen hebben opgegeven, dus geven ze de voorkeur aan een kans om elektronen terug te krijgen.

Lood wordt echter aangetrokken door de positieve kant van de elektrodeset - het is het enige verontreinigende metaal dat gemakkelijk meer elektronen verliest en verder oxideert.

Lin testte de sensoren in verschillende omgevingen: gesimuleerd kraanwater en water uit een echte kraan, verrijkt met metalen of niet. Naarmate het lood zich ophoopt op de positieve elektrode, bereikt het uiteindelijk de neutrale elektrode, sluit het circuit en genereert een spanning. Boven een signaal van één volt registreert het systeem een ​​hit.

Het is een soortgelijk verhaal over de negatieve elektrode, die hoge concentraties ijzer, zink en koper oppikt, wat ook gezondheidsproblemen kan worden. De sensor kan onderscheid maken tussen een loodprobleem en een probleem met een van deze andere metalen.

"Er zou een app kunnen zijn die alle taps zou monitoren, en het zou je gewoon een e-mail kunnen sturen wanneer het een gebeurtenis detecteert", zegt Burns.

Lin was zich vooral bewust van valse positieven - een detectie betekent dat de elektrode voorgoed buiten gebruik is (maar niet de hele sensor), en het kan een familie of ambtenaar onnodig bang maken.

Het enige potentieel voor een vals loodalarm is als de koperconcentratie te hoog is. Koper is zo goed in het vasthouden van extra elektronen dat het zich kan ophopen op de neutrale elektrode naast de positieve elektrode. Maar koper creëert alleen een spanning bij hoge concentraties en nadert de actielimiet van het Environmental Protection Agency van 1,300 delen per miljard.

Lood daarentegen verschijnt na ongeveer een week op 15 delen per miljard - de EPA-actielimiet. Volgens de Centers for Disease Control wordt niet gedacht dat dit niveau van blootstelling de bloedspiegels bij volwassenen verhoogt. Een grotere concentratie lood, 150 delen per miljard, werd na slechts één of twee dagen opgepikt, afhankelijk van de waterchemie.

Lin is van mening dat met optimalisatie de positieve elektrode nog beter zou kunnen zijn in het aantrekken van lood, maar niet in het aantrekken van koper.

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

Het onderzoek verschijnt in Analytische scheikunde.

De Universiteit van Michigan financierde het werk via de Barbour Scholarship, Rackham Predoctoral Fellowship en het TC Chang Endowed Professorship.

Bron: Universiteit van Michigan

Related Books:

at InnerSelf Market en Amazon