Il sistema smartphone può rilevare il piombo nell'acqua

Il sistema smartphone può rilevare il piombo nell'acqua

I ricercatori del Cullen College of Engineering dell'Università di Houston hanno sviluppato un nuovo sistema che consente di rilevare il piombo nell'acqua potabile usando uno smartphone.

Il dispositivo è a basso costo e riutilizzabile e potrebbe essere disponibile per i consumatori in futuro.

"Siamo stati ispirati dalla crisi idrica avvenuta nella città di Flint e dalle notizie sull'acqua contaminata dal piombo in diversi stati di recente", ha detto Wei-Chuan Shih, professore associato di ingegneria elettrica e informatica.

Ad aprile 2014, la città di Flint nel Michigan ha cambiato la sua fonte di acqua potabile dal Lago Huron e il fiume Detroit al fiume Flint nel tentativo di rendere l'acqua potabile più conveniente in città.

I residenti cominciarono a notare rapidamente l'acqua scolorita marrone o arancione che usciva dai rubinetti, e molti iniziarono ad ammalarsi. Alcuni hanno sviluppato eruzioni cutanee o capelli persi dalla doccia nell'acqua; alcuni notarono che assomigliava a una moneta di metallo.

Stavano vivendo sintomi di avvelenamento da piombo.

A causa del trattamento delle acque scadente, la qualità altamente corrosiva dell'acqua del fiume Flint, piombo lisciviato dai tubi dell'acqua di piombo nell'acqua potabile, esponendo migliaia di residenti di Flint - tra cui alcuni bambini 9,000 - a livelli pericolosi di piombo.

La crisi spinse Shih e il suo team a sviluppare un sistema che avrebbe reso facile per le persone medie testare il piombo nel loro sistema idrico.

"Uno dei motivi che ha causato la crisi idrica di Flint è diventato così grande a causa della risposta lenta dell'Agenzia per la protezione ambientale (EPA)", ha detto Shih.

"Riteniamo che queste crisi possano essere rapidamente evitate se i cittadini possono monitorare l'acqua nella propria casa e contattare il governo locale per una risposta più rapida e una misurazione migliore".

Il team di ricerca ha progettato un nuovo obiettivo che, applicato a uno smartphone, è in grado di rilevare minuscole particelle presenti nell'acqua contaminata.

Il sistema smartphone può essere utilizzato per rilevare concentrazioni di piombo a partire da 5 parti per miliardo (ppb) in acqua di rubinetto, ben al di sotto dello standard EPA di 15 ppb.

Il test è più accurato dei test attuali disponibili per i consumatori, che sono in grado di rilevare la concentrazione di piombo solo in parti per milione (ppm). Di conseguenza, questi test non sono molto utili per rilevare tracce, ma pericolose quantità di piombo che possono essere presenti nell'acqua del rubinetto.

Ecco come funziona il nuovo sistema smartphone:

Innanzitutto, l'utente aggiungerà una quantità fissa di ione cromato (CrO₄²⁻) all'acqua contaminata da piombo. Gli ioni piombo (Pb + 2) reagiscono con lo ione cromato per produrre cromato di piombo (PbCrO4), una sostanza chimica giallo insolubile e altamente insolubile.

"Alla minima concentrazione di ione piombo nell'acqua, questi precipitati gialli sono molto piccoli, possono essere su nanoscala e completamente invisibili a occhio nudo", ha detto Shih. "Tuttavia, con il nostro smartphone configurato, possiamo catturare queste minuscole particelle gialle in un'immagine digitale per confermare la presenza di ioni piombo nell'acqua."

La chiave del processo è una lente appositamente trattata che trasforma qualsiasi smartphone in un sistema di imaging digitale estremamente preciso in grado di visualizzare particelle minuscole. Shih ha contribuito allo sviluppo del processo unico per creando questo obiettivo in 2015.

L'obiettivo è costituito da un polimero a base di silicio chiamato polidimetilsilossano. Il polimero viene rapidamente indurito su una superficie piana ad alta temperatura. Il processo manipola la forma del polimero in modo tale che il lato a contatto con la superficie piatta si appiattisce mentre l'altro si curva, formando una lente piano-convessa.

Quando viene posizionato sulla fotocamera di uno smartphone, lo smartphone diventa effettivamente un microscopio in grado di eseguire la microscopia a fluorescenza e campo scuro. Questo microscopio può quindi essere utilizzato per analizzare la concentrazione delle nanoparticelle di cromato di piombo nel campione d'acqua.

La concentrazione di piombo può essere determinata in base all'intensità delle particelle gialle nell'immagine.

Sebbene il test non sia paragonabile a quelli attualmente utilizzati dai regolatori, è molto accurato rispetto a quelli che sono già disponibili in commercio, secondo Shih.

“Per i kit di test per consumatori, non sono progettati per testare ioni piombo a concentrazione di ppb. Il loro limite di rilevamento è nell'intervallo ppm ", ha detto. “Offrono anche solo misurazioni qualitative. In entrambi gli aspetti, il nostro test per smartphone è migliore. "

Shih ha anche notato che il metodo principale utilizzato dai regolatori, un processo chiamato spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente (ICP-MS), è molto più accurato. Tuttavia, ha spiegato, il nuovo test per smartphone produce risultati più veloci, richiede meno campioni, è più economico ed è più portabile, quindi ha molto più senso per l'uso da parte dei consumatori.

Il sistema smartphone non è ancora disponibile per la vendita, ma il team ha in programma di svilupparlo per il mercato consumer, ha detto Shih. Egli ritiene che il prezzo potrebbe essere basso come $ 100.

La Rete Università