Wen-Chi Lin memamerkan desain sensor timah elektroniknya. Ini bisa memungkinkan kota dan pemilik rumah menentukan pipa yang mencemari air dengan timah. (Kredit: Evan Dougherty / Michigan Engineering Communications & Marketing / U. Michigan)

Sensor elektronik baru dapat memantau kualitas air di rumah atau kota, menginformasikan penduduk atau pejabat tentang adanya timbal dalam air dalam waktu sembilan hari - semuanya sekitar $ 20.

Krisis air Flint menunjukkan bahwa sistem air tua yang diyakini telah stabil selama beberapa dekade dapat tiba-tiba mengekspos ribuan orang ke neurotoksin jika terjadi perubahan kualitas korosi air ledeng.

Selain itu, tes sampel air standar mengharuskan pengguna untuk menjalankan air mereka selama beberapa menit, kehilangan timbal yang ada di dalam air dari pipa rumah sendiri.

Mark Burns, seorang profesor teknik kimia di University of Michigan, dan rekan-rekannya mulai mengembangkan sensor murah yang dapat ditempatkan pada titik-titik kunci dalam sistem air kota dan juga di keran di rumah.

"Saya harap ini akan berdampak karena sangat menakutkan untuk berpikir tentang memiliki timbal di air Anda," kata Burns.

Caranya adalah memisahkan timbal dari semua logam lain yang mungkin ada di air, kebanyakan hanya berbahaya dalam dosis sangat tinggi.

"Karena besi adalah logam yang paling umum di air dan pada dasarnya tidak berbahaya (selain memiliki bau tak sedap), kita melihatnya sebagai mengganggu sensor kita," kata Wen Chi Lin, lulusan doktor teknik teknikal baru-baru ini.

Jadi, dia mendesain sensor yang bisa membedakan antara timbal dan logam lainnya seperti besi. Ini bergantung pada dua pasang elektroda. Elektroda positif dan tetangganya yang netral membentuk lingkungan yang kekurangan elektron, sementara elektroda negatif dan tetangganya yang netral menciptakan lingkungan yang kaya elektron.

Elektroda negatif menawarkan elektron ke ion positif, menangkap sebagian besar logam. Logam-logam tersebut sudah teroksidasi dalam air, yang berarti mereka telah melepaskan sebagian elektron mereka, jadi mereka lebih memilih untuk mendapatkan elektron kembali.

Namun, timbal tertarik ke sisi positif dari set elektroda - ini adalah satu-satunya logam kontaminan yang mudah kehilangan lebih banyak elektron dan mengoksidasi lebih jauh.

Lin menguji sensor di berbagai lingkungan: air keran simulasi dan air dari keran yang sebenarnya, berduri dengan logam atau tidak. Sebagai timbal membangun pada elektroda positif, akhirnya mencapai elektroda netral, menutup sirkuit dan menghasilkan voltase. Di atas satu volt sinyal, sistem mencatat hit.

Ini adalah cerita serupa tentang elektroda negatif, dengan menggunakan konsentrasi tinggi zat besi, seng, dan tembaga, yang juga bisa menjadi masalah kesehatan. Sensor dapat membedakan antara masalah timbal dan masalah dengan salah satu logam lainnya.

"Mungkin ada aplikasi yang memantau semua keran, dan itu hanya bisa mengirimi Anda pesan email saat mendeteksi sebuah acara," kata Burns.

Lin sangat sadar akan hal-hal positif palsu-sebuah pendeteksian berarti bahwa elektroda tidak sesuai untuk kebaikan (tapi bukan keseluruhan sensor), dan ini bisa menyebabkan ketakutan yang tidak perlu bagi keluarga atau pejabat.

Salah satu potensi peringatan timah palsu adalah jika konsentrasi tembaga terlalu tinggi. Tembaga sangat bagus untuk meraih elektron ekstra yang bisa terbentuk di elektroda netral di samping elektroda positif. Tapi tembaga hanya menciptakan tegangan pada konsentrasi tinggi, mendekati batas tindakan Environmental Protection Agency dari bagian 1,300 per miliar.

Timbal, sebaliknya, muncul di bagian 15 per miliar-batas tindakan EPA-setelah sekitar satu minggu. Tingkat paparan ini tidak dipikirkan untuk meningkatkan kadar darah pada orang dewasa, menurut Centers for Disease Control. Konsentrasi timbal yang lebih besar, bagian 150 per miliar, diambil hanya dalam satu atau dua hari, tergantung pada kimia air.

Lin percaya bahwa dengan optimalisasi, elektroda positif bisa lebih baik lagi pada menarik timbal tapi bukan tembaga.

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

Studi ini muncul di Kimia Analisis.

University of Michigan mendanai pekerjaan tersebut melalui Beasiswa Barbour, Rackham Predoctoral Fellowship, dan TC Chang Endowed Professor.

Sumber: University of Michigan

Buku terkait:

at Pasar InnerSelf dan Amazon