تُظهِر ون-تشي لين تصميم جهاز استشعار الرصاص الإلكتروني. ويمكن أن يمكّن المدن وملاك المنازل من تحديد الأنابيب التي تفسد الماء بالرصاص. (الائتمان: Evan Dougherty / Michigan Engineering Communications & Marketing / U. Michigan)

يستطيع المستشعر الإلكتروني الجديد مراقبة جودة المياه في المنازل أو المدن ، وإبلاغ السكان أو المسؤولين عن وجود الرصاص في الماء خلال تسعة أيام — وكل ذلك مقابل 20 تقريبًا.

وأظهرت أزمة مياه فلينت في الأمة أن أنظمة المياه القديمة التي يعتقد أنها مستقرة منذ عقود يمكن أن تعرض آلاف الأشخاص فجأة لسم عصبي إذا أدى تغيُّر في نوعية المياه إلى تآكل أنابيب الرصاص.

بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب اختبارات عينة المياه القياسية من المستخدمين تشغيل مياههم لعدة دقائق ، مع عدم وجود أي رصاص يتدفق في الماء من أنابيب المنزل الخاصة.

بدأ مارك بيرنز ، أستاذ الهندسة الكيميائية في جامعة ميشيغان ، وزملاؤه تطوير جهاز استشعار غير مكلف يمكن وضعه في نقاط رئيسية في شبكات المياه بالمدينة وكذلك في حنفيات المنازل.

يقول بيرنز: "آمل أن يكون لها بعض التأثير لأنه أمر مخيف أن تفكر في قيادتك لمياهك".

الخدعة هي فصل الرصاص عن جميع المعادن الأخرى التي قد تكون موجودة في الماء ، ومعظمها خطرة فقط في جرعات عالية جدا.

يقول وين تشي لين ، وهو خريج حديث للدكتوراة في الهندسة الكيميائية: "بما أن الحديد هو المعدن الأكثر شيوعًا في الماء وهو غير مؤذٍ أساسًا (إلى جانب وجود رائحة سيئة) ، فإننا نرى أنه يتداخل مع جهاز الاستشعار الخاص بنا".

لذا ، صممت جهاز استشعار يمكن أن يميز بين الرصاص والمعادن الأخرى مثل الحديد. انها تعتمد على اثنين من أزواج من الأقطاب الكهربائية. وضع القطب الموجب وجارته المحايدية بيئة فقيرة إلكترونياً ، في حين أن القطب السالب وجارته المحايدتان تخلقان بيئة غنية بالإلكترونات.

يقدم القطب السالب إلكترونات إلى أيونات موجبة ، يلتقط معظم المعادن. تتأكسد المعادن بالفعل في الماء ، وهذا يعني أنها قد تخلت عن بعض من إلكتروناتها ، لذلك فهي تفضل فرصة للحصول على الإلكترونات مرة أخرى.

ومع ذلك ، ينجذب الرصاص إلى الجانب الإيجابي من مجموعة الإلكترود ، فهو المعدن الوحيد الملوث الذي يفقد بسهولة مزيدًا من الإلكترونات ويتأكسد أكثر.

اختبر لين أجهزة الاستشعار في مجموعة متنوعة من البيئات: محاكاة مياه الصنبور والماء من صنبور حقيقي ، ارتفعت مع المعادن أم لا. عندما يتراكم الرصاص على القطب الموجب ، فإنه يصل في نهاية المطاف إلى القطب المحايد ، ويغلق الدائرة ويولد فولطية. فوق إشارة واحدة فولت ، يسجل النظام ضربة.

انها قصة مماثلة على القطب السالب ، والتقاط تركيزات عالية من الحديد والزنك والنحاس ، والتي يمكن أن تصبح أيضا مخاوف صحية. يمكن للمستشعر التفريق بين مشكلة الرصاص ومشكلة واحدة من هذه المعادن الأخرى.

يقول بيرنز: "يمكن أن يكون هناك تطبيق يراقب جميع الصنابير ، ويمكنه فقط إرسال رسالة بريد إلكتروني إليك عندما يكتشف حدثًا".

كان لين مدركًا بشكل خاص لوجود إيجابيات خاطئة ، فالكشف يعني أن الإلكترود خارج العمولة (ولكن ليس المستشعر بأكمله) ، وقد يتسبب في تخويف غير ضروري لعائلة أو مسؤول.

احتمال واحد لتنبيه الزورق هو إذا كان تركيز النحاس مرتفعًا جدًا. النحاس جيد جدا في انتزاع إلكترونات إضافية يمكن أن تتراكم على القطب المحايد بجانب القطب الموجب. لكن النحاس يخلق فقط فولطية بتركيزات عالية ، مقترباً من حد عمل وكالة حماية البيئة الخاصة بها من أجزاء 1,300 لكل مليار.

على النقيض من ذلك ، يظهر الرصاص في أجزاء 15 لكل مليار - وهو الحد المسموح به لحركة حماية البيئة - بعد حوالي أسبوع. لا يعتقد أن هذا المستوى من التعرض لرفع مستويات الدم لدى البالغين ، وفقا لمراكز السيطرة على الأمراض. تم التقاط تركيز أكبر من الرصاص ، أجزاء 150 في المليار ، بعد يوم أو يومين فقط ، اعتمادًا على كيمياء المياه.

يعتقد لين أنه مع التحسين ، يمكن أن يكون القطب الموجب أفضل عند جذب الرصاص ولكن ليس النحاس.

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

تظهر الدراسة في الكيمياء التحليلية.

قامت جامعة ميشيغان بتمويل العمل من خلال منحة بربور والمنح الدراسية Rackham Predoctoral وأستاذ TC Chang المنتهي.

المصدر جامعة ميشيغان

كتب ذات صلة:

at سوق InnerSelf و Amazon