Penyelidik dari Kolej Kejuruteraan Cullen di University of Houston telah membangunkan sistem novel yang memungkinkan untuk mengesan plumbum dalam air minuman menggunakan telefon pintar.
Peranti ini adalah kos rendah dan boleh diguna semula, dan boleh didapati untuk pengguna pada masa akan datang.
"Kami diilhamkan oleh krisis air yang berlaku di bandar Flint dan berita tentang air yang terkontaminasi di beberapa buah negara baru-baru ini," katanya. Wei-Chuan Shih, seorang profesor kejuruteraan elektrik dan komputer.
Pada April 2014, bandar Flint di Michigan menukar sumber air minumannya dari Lake Huron dan Sungai Detroit ke Sungai Flint dalam usaha untuk menjadikan air minuman lebih murah di bandar.
Penduduk dengan cepat mula memerhatikan air berwarna coklat atau oren yang keluar dari faucets mereka, dan ramai yang mula menjadi sakit. Sesetengah ruam kulit yang terbentuk atau rambut yang hilang dari mandi di dalam air; ada yang menyedari bahawa ia terasa seperti syiling logam.
Mereka mengalami gejala keracunan plumbum.
Oleh kerana rawatan air yang berkualiti, kualiti air Flint River yang sangat menghakis, plumbum terurai dari paip air plumbum ke dalam air minuman, mendedahkan beribu-ribu penduduk Flint - termasuk beberapa kanak-kanak 9,000 - untuk tahap memimpin yang berbahaya.
Krisis ini memotivasi Shih dan pasukannya untuk membangunkan sistem yang akan memudahkan orang ramai menguji untuk memimpin dalam sistem air mereka.
"Salah satu sebab yang menyebabkan krisis air Flint menjadi begitu besar adalah kerana sambutan yang perlahan oleh Agensi Perlindungan Alam Sekitar (EPA)," kata Shih.
"Kami percaya krisis ini dapat dengan cepat dicegah jika rakyat dapat memantau air di rumah mereka sendiri dan menghubungi pemerintah setempat untuk mendapatkan respons yang lebih cepat dan pengukuran yang lebih baik."
Pasukan penyelidikan mencipta lensa novel yang, apabila digunakan pada telefon pintar, dapat mengesan zarah-zarah kecil yang terdapat dalam air yang tercemar.
Sistem telefon pintar boleh digunakan untuk mengesan kepekatan rendah serendah bahagian 5 per bilion (ppb) dalam air paip, jauh di bawah piawaian EPA ppb 15.
Ujian ini lebih tepat daripada ujian semasa yang tersedia kepada pengguna, yang hanya mampu mengesan kepekatan utama di bahagian per juta (ppm). Akibatnya, ujian ini tidak begitu berguna untuk mengesan jejak, tetapi berbahaya, jumlah plumbum yang mungkin terdapat dalam air paip.
Begini bagaimana sistem telefon pintar yang baru berfungsi:
Mula-mula, pengguna akan menambah jumlah ion kromat (CrO₄² fix) untuk memancarkan air yang tercemar. Ion plumbum (Pb + 2) bertindak balas dengan ion kromat untuk menghasilkan kromat plumbum (PbCrO4), kimia kuning yang sangat tidak larut dan terang.
"Pada kepekatan minit ion pekat di dalam air, pendikit kuning ini sangat kecil, boleh berada di nanoscale, dan tidak dapat dilihat dengan telanjang," kata Shih. "Bagaimanapun, dengan menubuhkan telefon pintar kami, kami dapat menangkap zarah-zarah kuning kecil ini dalam imej digital untuk mengesahkan kehadiran ion-ion utama di dalam air."
Kunci proses ini adalah lensa yang dirawat khas yang mengubah mana-mana telefon pintar menjadi sistem pengimejan digital yang sangat tepat yang mampu memaparkan zarah-zarah kecil. Shih membantu membangunkan proses yang unik untuk mencipta kanta ini pada tahun 2015.
Kanta dibuat daripada polimer berasaskan silikon yang dipanggil polydimethylsiloxane. Polimer cepat sembuh di permukaan rata pada suhu yang tinggi. Proses ini memanipulasi bentuk polimer seperti yang bersentuhan dengan permukaan rata yang rata sambil keluk sisi lain, membentuk lensa cembung-plan.
Apabila diletakkan di atas kamera pada telefon pintar, telefon pintar itu secara berkesan menjadi mikroskop yang mampu pendarfluor dan mikroskop bidang gelap. Mikroskop ini kemudiannya boleh digunakan untuk menganalisis kepekatan nanopartikel kromat plumbum dalam sampel air.
Kepekatan plumbum boleh ditentukan berdasarkan intensiti zarah kuning dalam imej.
Walaupun ujian tidak dibandingkan dengan yang digunakan oleh pengawal selia sekarang, ia adalah sangat tepat berbanding dengan yang sedia ada secara komersial, menurut Shih.
"Bagi kit ujian pengguna, mereka tidak direka untuk menguji ion-ion utama pada kepekatan ppb. Batasan pengesanan mereka berada dalam lingkungan ppm, "katanya. "Mereka juga hanya menawarkan pengukuran kualitatif. Dalam kedua-dua aspek, ujian telefon pintar kami lebih baik. "
Shih juga menyatakan bahawa kaedah utama yang digunakan oleh pengawal selia, suatu proses yang dipanggil secara spektra bersama spektrometri massa plasma (ICP-MS), jauh lebih tepat. Walau bagaimanapun, beliau menjelaskan, ujian telefon pintar baru menghasilkan keputusan yang lebih cepat, memerlukan sampel yang lebih sedikit, lebih murah, dan lebih mudah alih, sehingga lebih masuk akal untuk penggunaan pengguna.
Sistem telefon pintar belum tersedia untuk dijual, tetapi pasukan itu mempunyai rancangan untuk membangunkannya untuk pasaran pengguna, kata Shih. Dia percaya harga boleh serendah $ 100.
