Wen-Chi Lin อวดการออกแบบเซ็นเซอร์ตะกั่วแบบอิเล็กทรอนิกส์ของเธอ มันสามารถช่วยให้เมืองและเจ้าของบ้านสามารถระบุท่อที่ทำให้น้ำเสียด้วยตะกั่ว (เครดิต: Evan Dougherty/Michigan Engineering Communications & Marketing/U. Michigan)

เซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ใหม่สามารถตรวจสอบคุณภาพน้ำในบ้านหรือในเมืองแจ้งให้ผู้อยู่อาศัยหรือเจ้าหน้าที่ทราบถึงการมีสารตะกั่วในน้ำภายในเก้าวันโดยทั้งหมดนี้มีราคาประมาณ $ 20

วิกฤตการณ์น้ำจากหินเหล็กไฟแสดงให้เห็นประเทศชาติว่าระบบน้ำแบบเก่าที่เชื่อว่ามีความเสถียรมานานหลายทศวรรษอาจทำให้ผู้คนหลายพันคนสัมผัสกับสารพิษในระบบประสาทได้ หากการเปลี่ยนแปลงคุณภาพน้ำกัดกร่อนท่อตะกั่ว

นอกจากนี้ การทดสอบตัวอย่างน้ำมาตรฐานกำหนดให้ผู้ใช้ใช้น้ำเป็นเวลาหลายนาที โดยขาดตะกั่วที่ชะลงไปในน้ำจากท่อของบ้านเอง

มาร์ค เบิร์นส์ ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีแห่งมหาวิทยาลัยมิชิแกน และเพื่อนร่วมงานของเขาตั้งใจที่จะพัฒนาเซ็นเซอร์ราคาถูกที่สามารถวางไว้ที่จุดสำคัญในระบบน้ำในเมืองและที่ก๊อกน้ำในบ้าน

“ฉันหวังว่ามันจะมีผลกระทบบ้างเพราะมันน่ากลัวที่จะนึกถึงการมีสารตะกั่วในน้ำของคุณ” เบิร์นส์กล่าว

เคล็ดลับคือการแยกตะกั่วออกจากโลหะอื่นๆ ที่อาจมีอยู่ในน้ำ ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นอันตรายในปริมาณที่สูงมากเท่านั้น

“เนื่องจากเหล็กเป็นโลหะที่พบบ่อยที่สุดในน้ำ และโดยพื้นฐานแล้วไม่เป็นอันตราย (นอกจากจะมีกลิ่นเหม็น) เราจึงมองว่าเหล็กดังกล่าวรบกวนเซ็นเซอร์ของเรา” Wen-Chi Lin บัณฑิตปริญญาเอกสาขาวิศวกรรมเคมีกล่าว

ดังนั้น เธอจึงออกแบบเซ็นเซอร์ที่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างตะกั่วและโลหะอื่นๆ เช่น เหล็ก มันอาศัยอิเล็กโทรดสองคู่ อิเล็กโทรดบวกและเพื่อนบ้านที่เป็นกลางตั้งค่าสภาพแวดล้อมที่มีอิเล็กตรอนต่ำ ในขณะที่อิเล็กโทรดลบและเพื่อนบ้านที่เป็นกลางจะสร้างสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยอิเล็กตรอน

อิเล็กโทรดลบให้อิเล็กตรอนกับไอออนบวก จับโลหะส่วนใหญ่ โลหะเหล่านี้ถูกออกซิไดซ์ในน้ำแล้ว ซึ่งหมายความว่าพวกมันได้สูญเสียอิเล็กตรอนไปบางส่วน ดังนั้นพวกเขาจึงชอบโอกาสที่จะได้อิเล็กตรอนกลับคืนมา

อย่างไรก็ตาม ตะกั่วถูกดึงดูดไปยังด้านบวกของชุดอิเล็กโทรด ซึ่งเป็นโลหะปนเปื้อนเพียงชนิดเดียวที่สูญเสียอิเล็กตรอนและออกซิไดซ์ได้มากขึ้น

Lin ทดสอบเซ็นเซอร์ในสภาพแวดล้อมต่างๆ: น้ำประปาจำลองและน้ำจากก๊อกจริง มีโลหะแหลมหรือไม่ เมื่อตะกั่วสะสมบนอิเล็กโทรดบวก ในที่สุด ตะกั่วก็จะไปถึงอิเล็กโทรดที่เป็นกลาง ปิดวงจรและสร้างแรงดันไฟฟ้า เหนือสัญญาณหนึ่งโวลต์ ระบบจะบันทึกการชน

เรื่องเดียวกันนี้เกี่ยวกับขั้วลบ ที่ดึงเอาธาตุเหล็ก สังกะสี และทองแดงที่มีความเข้มข้นสูง ซึ่งอาจกลายเป็นปัญหาด้านสุขภาพได้เช่นกัน เซ็นเซอร์สามารถแยกความแตกต่างระหว่างปัญหาตะกั่วและปัญหากับโลหะอื่นๆ เหล่านี้ได้

“อาจมีแอปที่คอยตรวจสอบการแตะทั้งหมด และสามารถส่งข้อความอีเมลถึงคุณเมื่อตรวจพบเหตุการณ์” Burns กล่าว

Lin ตระหนักดีถึงผลบวกที่ผิดพลาดเป็นพิเศษ การตรวจจับหมายความว่าอิเล็กโทรดไม่ทำงาน (แต่ไม่ใช่เซ็นเซอร์ทั้งหมด) และอาจทำให้เกิดความหวาดกลัวโดยไม่จำเป็นสำหรับครอบครัวหรือเจ้าหน้าที่

ความเป็นไปได้ประการหนึ่งสำหรับการแจ้งเตือนตะกั่วที่ผิดพลาดคือถ้าความเข้มข้นของทองแดงสูงเกินไป ทองแดงสามารถจับอิเลคตรอนพิเศษได้ดีจนสามารถสร้างขึ้นบนอิเล็กโทรดที่เป็นกลางถัดจากอิเล็กโทรดบวก แต่ทองแดงสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ความเข้มข้นสูงเท่านั้น ใกล้ถึงขีดจำกัดการดำเนินการของหน่วยงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมที่ 1,300 ส่วนต่อพันล้าน

ในทางตรงกันข้าม สารตะกั่วปรากฏขึ้นที่ 15 ส่วนต่อพันล้าน—ขีดจำกัดการดำเนินการของ EPA—หลังจากนั้นประมาณหนึ่งสัปดาห์ ศูนย์ควบคุมโรคกล่าวว่าระดับการรับสัมผัสนี้ไม่ได้คิดว่าจะเพิ่มระดับเลือดในผู้ใหญ่ ความเข้มข้นของตะกั่วที่มากขึ้น 150 ส่วนต่อพันล้าน ถูกเก็บหลังจากผ่านไปเพียงหนึ่งหรือสองวัน ขึ้นอยู่กับเคมีของน้ำ

Lin เชื่อว่าด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพ อิเล็กโทรดบวกอาจดึงดูดตะกั่วได้ดีกว่าแต่ไม่ใช่ทองแดง

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

การศึกษาปรากฏ การวิเคราะห์ทางเคมี.

มหาวิทยาลัยมิชิแกนให้ทุนสนับสนุนงานนี้ผ่านทุน Barbour Scholarship, Rackham Predoctoral Fellowship และ TC Chang Endowed Professorship

ที่มา: มหาวิทยาลัยมิชิแกน

หนังสือที่เกี่ยวข้อง:

at ตลาดภายในและอเมซอน