Wen-Chi Lin montre sa conception de capteur de plomb électronique. Cela pourrait permettre aux villes et aux propriétaires de localiser les tuyaux qui contaminent l'eau avec du plomb. Crédit :Evan Dougherty, Michigan Ingénierie Communications et marketing
Un nouveau capteur électronique au plomb, coûtant potentiellement environ 20 $, pourrait garder un œil sur la qualité de l'eau de la maison et de la ville, alerter les résidents et les autorités de la présence de plomb dans les neuf jours. Des chercheurs de l'Université du Michigan recherchent des partenaires pour commercialiser la technologie.
La crise de l'eau de Flint a montré à la nation que les anciens systèmes d'approvisionnement en eau que l'on croyait stables depuis des décennies peuvent soudainement exposer des milliers de personnes à une neurotoxine si les canalisations en plomb sont corrodées par un changement dans la qualité de l'eau. En outre, les tests d'échantillons d'eau standard nécessitent que les utilisateurs fassent couler leur eau pendant plusieurs minutes, manquant de tout plomb qui s'infiltre dans l'eau à partir des propres tuyaux de la maison.
Mark Burns, le T.C. Chang professeur de génie chimique à l'U-M, et ses collègues ont entrepris de développer un capteur peu coûteux qui pourrait être placé à des points clés des systèmes d'approvisionnement en eau de la ville ainsi qu'aux robinets des maisons.
"J'espère que cela aura un certain impact parce que c'est effrayant de penser à avoir du plomb dans votre eau, ", a déclaré Burns.
L'astuce consiste à séparer le plomb de tous les autres métaux qui pourraient être présents dans l'eau, la plupart d'entre eux ne sont dangereux qu'à très fortes doses.
"Comme le fer est le métal le plus commun dans l'eau et est fondamentalement inoffensif (en plus d'avoir une mauvaise odeur), nous le voyons comme interférant avec notre capteur, " dit Wen-Chi Lin, un doctorat récent. diplômé en génie chimique.
Donc, elle a conçu un capteur capable de différencier le plomb d'autres métaux comme le fer. Il repose sur deux paires d'électrodes. L'électrode positive et sa voisine neutre créent un environnement pauvre en électrons, tandis que l'électrode négative et son voisin neutre créent un environnement riche en électrons.
L'électrode négative offre des électrons aux ions positifs, capturer la plupart des métaux. Les métaux sont déjà oxydés dans l'eau, ce qui signifie qu'ils ont abandonné certains de leurs électrons, ils préfèrent donc avoir la possibilité de récupérer des électrons.
Cependant, le plomb est attiré par le côté positif de l'ensemble d'électrodes - c'est le seul métal contaminant qui perd facilement plus d'électrons et s'oxyde davantage.
Lin a testé les capteurs dans une variété d'environnements :eau du robinet simulée et eau d'un robinet réel, dopés avec des métaux ou non. Au fur et à mesure que le plomb s'accumule sur l'électrode positive, il atteint finalement l'électrode neutre, fermer le circuit et générer une tension. Au-dessus d'un signal d'un volt, le système enregistre un hit.
C'est une histoire similaire sur l'électrode négative, capter de fortes concentrations de fer, zinc et cuivre, qui peuvent aussi devenir des problèmes de santé. Le capteur peut faire la différence entre un problème de plomb et un problème avec l'un de ces autres métaux.
"Il pourrait y avoir une application qui surveillerait tous les robinets, et il pourrait simplement vous envoyer un message électronique lorsqu'il a détecté un événement, ", a déclaré Burns.
Une vue rapprochée du capteur de plomb, comportant deux paires d'électrodes. Cela pourrait permettre aux villes et aux propriétaires de localiser les tuyaux qui contaminent l'eau avec du plomb. Crédit :Wen-Chi Lin, Laboratoire des brûlures, Université du Michigan
Lin était particulièrement conscient des faux positifs - une détection signifie que l'électrode est définitivement hors service (mais pas l'ensemble du capteur), et cela pourrait causer une peur inutile pour une famille ou un fonctionnaire.
Le seul risque de fausse alerte de plomb est si la concentration de cuivre est trop élevée. Le cuivre est si efficace pour capter des électrons supplémentaires qu'il peut s'accumuler sur l'électrode neutre à côté de l'électrode positive. Mais le cuivre ne crée une tension qu'à des concentrations élevées, approchant sa limite d'action de l'Environmental Protection Agency de 1, 300 parties par milliard.
Mener, en revanche, apparaît à 15 parties par milliard - sa limite d'action EPA - après environ une semaine. On ne pense pas que ce niveau d'exposition élève les taux sanguins chez les adultes, selon les Centers for Disease Control. Une plus grande concentration de plomb, 150 parties par milliard, a été récupéré après seulement un ou deux jours, en fonction de la chimie de l'eau.
Lin pense qu'avec l'optimisation, l'électrode positive pourrait être encore meilleure pour attirer le plomb mais pas le cuivre.
L'étude est publiée dans Chimie analytique , titré, "Un capteur d'eau potable pour le plomb et d'autres métaux lourds."
