Lin-Chi Lin展示了她的電子引線傳感器設計。 它可以使城市和房主精確定位用鉛污染水的管道。 （圖片來源：Evan Dougherty /密歇根州工程傳播與市場部/美國密歇根州）

一個新的電子傳感器可以監測家庭或城市的水質，在九天內告知居民或官員水中鉛的存在 - 所有這些都在20左右。

弗林特水危機向國家表明，如果水質變化腐蝕鉛管道，那麼幾十年來被認為已經穩定的舊水系統會突然使成千上萬的人接觸到神經毒素。

此外，標準水樣測試要求用戶將水運行幾分鐘，缺少任何從家庭自己的管道中浸入水中的鉛。

密歇根大學的化學工程教授馬克·伯恩斯和他的同事開始研發一種廉價的傳感器，可以放置在城市供水系統的關鍵點以及家中的水龍頭上。

伯恩斯說：“我希望它會產生一些影響，因為考慮在你的水中有鉛是很可怕的。”

訣竅是將鉛與可能存在於水中的所有其他金屬分離，其中大多數僅在非常高的劑量下有害。

“由於鐵是水中最常見的金屬，基本上是無害的（除了有難聞的氣味），我們認為它干擾了我們的傳感器，”最近化學工程博士研究生林文志說。

因此，她設計了一種能夠區分鉛和其他金屬（如鐵）的傳感器。 它依賴於兩對電極。 正電極及其中性鄰居形成缺電子環境，而負電極及其中性鄰居形成富電子環境。

負電極為正離子提供電子，捕獲大多數金屬。 金屬已經在水中被氧化，這意味著它們已經放棄了一些電子，所以他們更願意有機會將電子帶回來。

然而，鉛被吸引到電極組的正極側 - 它是唯一容易損失更多電子並進一步氧化的污染金屬。

Lin在各種環境中對傳感器進行了測試：模擬自來水和來自實際水龍頭的水，是否加入金屬。 當鉛積聚在正極上時，它最終到達中性電極，閉合電路並產生電壓。 在1伏信號以上，系統記錄命中。

在負極上也有類似的故事，吸收高濃度的鐵，鋅和銅，這也可能成為健康問題。 傳感器可以區分引線問題和這些其他金屬之一的問題。

“可能有一個應用程序可以監控所有的水龍頭，它可以在檢測到事件時向您發送電子郵件，”伯恩斯說。

Lin特別注意到誤報 - 檢測意味著電極不能用於良好（但不是整個傳感器），並且可能會對家庭或官員造成不必要的恐慌。

假鉛警報的一個可能性是銅濃度過高。 銅非常擅長吸收額外的電子，它可以積聚在正極旁邊的中性電極上。 但是，銅只會產生高濃度的電壓，接近其環境保護局的行動極限1,300十億分之一。

相比之下，鉛在大約一周之後出現在十億分之一的15部分 - 其EPA行動限制。 根據疾病控制中心的數據，這種接觸水平不會被認為會提高成人的血液水平。 根據水的化學性質，在一兩天后，鉛的濃度更高，十億分之一150。

Lin認為，通過優化，正極可以更好地吸引鉛而不是銅。

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該研究出現在 分析化學.

密歇根大學通過Barbour獎學金，Rackham Predoctoral獎學金和TC Chang Endowed Professorship資助了這項工作。

資源： 密歇根大學

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