Wen-Chi Lin muestra su diseño de sensor de plomo electrónico. Podría permitir a las ciudades y los propietarios de viviendas ubicar las tuberías que manchan el agua con plomo. (Crédito: Evan Dougherty / Comunicaciones y marketing de ingeniería de Michigan / U. Michigan)
Un nuevo sensor electrónico puede monitorear la calidad del agua en hogares o ciudades, informando a los residentes o funcionarios sobre la presencia de plomo en el agua dentro de los nueve días, todo por alrededor de $ 20.
La crisis del agua de Flint demostró a la nación que los antiguos sistemas de agua que se creían estables durante décadas pueden de repente exponer a miles de personas a una neurotoxina si un cambio en la calidad del agua corroe las tuberías de plomo.
Además, las pruebas de muestras de agua estándar requieren que los usuarios usen el agua durante varios minutos, sin que queden pérdidas de plomo en el agua de las tuberías propias de la casa.
Mark Burns, profesor de ingeniería química en la Universidad de Michigan, y sus colegas se propusieron desarrollar un sensor de bajo costo que podría colocarse en puntos clave de los sistemas de agua de la ciudad, así como en los grifos de los hogares.
"Espero que tenga algún impacto porque da miedo pensar en tener plomo en el agua", dice Burns.
El truco es separar el plomo de todos los otros metales que puedan estar presentes en el agua, la mayoría de ellos solo peligrosos en dosis muy altas.
"Dado que el hierro es el metal más común en el agua y es básicamente inofensivo (además de tener un mal olor), lo vemos como una interferencia con nuestro sensor", dice Wen-Chi Lin, un reciente doctorado en ingeniería química.
Entonces, ella diseñó un sensor que podría diferenciar entre el plomo y otros metales como el hierro. Se basa en dos pares de electrodos. El electrodo positivo y su vecino neutral configuran un entorno pobre en electrones, mientras que el electrodo negativo y su vecino neutral crean un entorno rico en electrones.
El electrodo negativo ofrece electrones a iones positivos, capturando la mayoría de los metales. Los metales ya están oxidados en agua, lo que significa que han abandonado algunos de sus electrones, por lo que prefieren una oportunidad para recuperar los electrones.
Sin embargo, el plomo se atrae hacia el lado positivo del conjunto de electrodos: es el único metal contaminante que pierde fácilmente más electrones y se oxida aún más.
Lin probó los sensores en una variedad de entornos: agua de grifo simulada y agua de un grifo real, enriquecida con metales o no. A medida que el plomo se acumula en el electrodo positivo, finalmente alcanza el electrodo neutro, cerrando el circuito y generando un voltaje. Encima de una señal de un voltio, el sistema registra un golpe.
Es una historia similar en el electrodo negativo, que recoge altas concentraciones de hierro, zinc y cobre, que también pueden convertirse en problemas de salud. El sensor puede diferenciar entre un problema con el cable y uno con estos otros metales.
"Podría haber una aplicación que monitorearía todos los grifos y podría enviar un mensaje de correo electrónico cuando detectara un evento", dice Burns.
Lin fue especialmente consciente de los falsos positivos: una detección significa que el electrodo está fuera de servicio para siempre (pero no para todo el sensor), y podría causar un susto innecesario para una familia u oficial.
El único potencial para una alerta falsa de plomo es si la concentración de cobre es demasiado alta. El cobre es tan bueno para atrapar electrones extra que puede acumularse en el electrodo neutro al lado del electrodo positivo. Pero el cobre solo crea un voltaje a altas concentraciones, acercándose a su límite de acción de la Agencia de Protección Ambiental de 1,300 partes por mil millones.
El plomo, por el contrario, aparece en 15 partes por billón -su límite de acción EPA- después de aproximadamente una semana. Se cree que este nivel de exposición no eleva los niveles sanguíneos en los adultos, según los Centros para el Control de Enfermedades. Una concentración mayor de plomo, 150 partes por mil millones, se recogió después de uno o dos días, dependiendo de la química del agua.
Lin cree que con la optimización, el electrodo positivo podría ser aún mejor para atraer el plomo pero no el cobre.
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El estudio aparece en Química analítica.
La Universidad de Michigan financió el trabajo a través de la Beca Barbour, Rackham Predoctoral Fellowship y la Cátedra TC Chang Endowed.
Fuente: Universidad de Michigan
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