El instrumento puede permitir pruebas postales para detectar metales pesados ​​en el agua.


El plomo, el arsénico y otros metales pesados ​​están cada vez más presentes en los sistemas de agua de todo el mundo debido a actividades humanas, como el uso de pesticidas y, Más recientemente, la eliminación inadecuada de los residuos electrónicos. La exposición crónica a trazas uniformes de estos contaminantes, a concentraciones de partes por mil millones, puede provocar problemas de salud debilitantes en mujeres embarazadas, niños y otras poblaciones vulnerables.

Sin embargo, monitorear el agua en busca de metales pesados ​​es una tarea formidable, especialmente para las regiones con recursos limitados donde los trabajadores tienen que recolectar muchos litros de agua y almacenar muestras químicamente antes de transportarlas a laboratorios distantes para análisis.

Para simplificar el proceso de monitoreo, los investigadores del MIT han desarrollado un enfoque llamado SEPSTAT, para la extracción, conservación, almacenamiento, transporte y análisis de rastros de contaminantes en fase sólida. El método se basa en un pequeño dispositivo fácil de usar desarrollado por el equipo, que absorbe los rastros de contaminantes en el agua y los mantiene secos para que las muestras puedan depositarse fácilmente por correo y enviado a un laboratorio para su posterior análisis.

Un dispositivo con forma de látigo forrado con pequeños bolsillos llenos de cuentas de polímero de oro, cabe en una botella de muestreo típica y se puede girar para recoger contaminantes metálicos del agua.
Un dispositivo con forma de látigo forrado con pequeños bolsillos llenos de cuentas de polímero de oro, cabe en una botella de muestreo típica y se puede girar para recoger contaminantes metálicos del agua.

El dispositivo se asemeja a una pequeña hélice flexible o batidor, que cabe dentro de una botella de muestreo típica. Cuando gira dentro de la botella durante varios minutos, el instrumento puede absorber la mayoría de los rastros de contaminantes en la muestra de agua. Un usuario puede secar el dispositivo al aire o frotarlo con un trozo de papel, luego aplanarlo y enviarlo en un sobre a un laboratorio, donde los científicos pueden sumergirlo en una solución ácida para eliminar los contaminantes y recogerlos para más. análisis de laboratorio.

"Originalmente diseñamos esto para su uso en India, pero me enseñó mucho sobre nuestros propios problemas de rastros de contaminantes y agua en los Estados Unidos", dice Emily Hanhauser, diseñadora. dispositivos, un estudiante graduado del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. "Por ejemplo, alguien que ha oído hablar de la crisis del agua en Flint, Michigan, que ahora quiere saber qué hay en su agua, algún día podría pedir algo como Esta en línea, haga la prueba en sí y envíela a un laboratorio ".

Hanhauser y sus colegas publicaron recientemente sus resultados en la revista. Ciencia y tecnología ambiental.. Sus coautores del MIT son Chintan Vaishnav del Centro de Tecnología y Diseño de Tata y la Escuela de Administración MIT Sloan; John Hart, profesor asociado de ingeniería mecánica; y Rohit Karnik, profesor de ingeniería mecánica y jefe asociado del departamento de educación, con Michael Bono de la Universidad de Boston.

Bolsitas de té con látigos

El equipo inicialmente trató de comprender la infraestructura de monitoreo del agua en la India. Millones de muestras de agua son recolectadas por trabajadores en laboratorios locales de todo el país, que están equipados para realizar análisis básicos de la calidad del agua. Sin embargo, para analizar los rastros de contaminantes, los trabajadores de estos laboratorios locales deben almacenar químicamente una gran cantidad de muestras de agua y transportar barcos, a menudo a cientos de kilómetros de distancia, a las capitales estatales, donde Los laboratorios centralizados tienen instalaciones para analizar adecuadamente los rastros de contaminantes.

"Si recolecta una gran cantidad de estas muestras e intenta llevarlas a un laboratorio, es un trabajo bastante pesado y hay una barrera de transporte importante", dice Hanhauser.

Una vez que el dispositivo se retira y se seca, puede retener los contaminantes metálicos que ha recogido durante largos períodos de tiempo. El dispositivo puede aplanarse y enviarse a un laboratorio, donde los contaminantes pueden analizarse más a fondo.
Una vez que el dispositivo se retira y se seca, puede retener los contaminantes metálicos que ha recogido durante largos períodos de tiempo. El dispositivo puede aplanarse y enviarse a un laboratorio, donde los contaminantes pueden analizarse más a fondo.

Tratando de racionalizar la logística del monitoreo del agua, ella y sus colegas se preguntaron si podrían evitar la necesidad de transportar agua, y más bien transportar los contaminantes por sí mismos. en estado seco

Finalmente encontraron inspiración para encontrar sangre seca, una técnica simple que consiste en pinchar el dedo de una persona y recoger una gota de sangre de una tarjeta de celulosa. Una vez secos, los productos químicos en la sangre son estables y se conservan, y las tarjetas se pueden enviar por correo para su posterior análisis, evitando así la necesidad de almacenar y enviar grandes volúmenes de sangre.

El equipo comenzó a pensar en un sistema de recolección similar para metales pesados ​​y escaneó la literatura para encontrar materiales que pudieran absorber los rastros de contaminantes del agua y mantenerlos estables cuando Están secos.

Finalmente se decidieron por resinas de intercambio iónico, una clase de material que viene en forma de pequeñas cuentas de polímero de varios cientos de micras de ancho. Estas cuentas contienen grupos de moléculas unidas a un ion hidrógeno. Cuando se sumerge en agua, el hidrógeno se desprenderá y se puede intercambiar con otro ion, como un catión de metal pesado, que toma el lugar del hidrógeno. hidrógeno en la perla. De esta manera, las cuentas pueden absorber metales pesados ​​y otros contaminantes traza del agua.

Luego, los investigadores buscaron formas de sumergir las perlas en agua y primero consideraron un diseño similar a una bolsa de té. Llenaron un bolsillo de malla con perlas y lo sumergieron en agua que enriquecieron con metales pesados. Sin embargo, descubrieron que las perlas tardaban días en absorber adecuadamente los contaminantes si simplemente dejaban la bolsita de té en el agua. Cuando agitaron la bolsa de té, la turbulencia aceleró un poco el proceso, pero las perlas, envueltas en una bolsa de té grande, tardaron demasiado tiempo en absorber los contaminantes.

Al final, Hanhauser descubrió que un diseño de agitación portátil funcionaba mejor para absorber contaminantes metálicos en el agua en un período de tiempo razonable. El dispositivo está hecho de una malla de polímero cortada en varios paneles de forma helicoidal. En cada panel, Hanhauser cosió a mano pequeños bolsillos, que llenó con cuentas de polímero. Luego cosió cada panel alrededor de una barra de polímero para que pareciera una especie de batidor o batidor de huevos.

Prueba las aguas

Los investigadores fabricaron varios de los dispositivos y luego los probaron en muestras de agua natural recolectadas alrededor de Boston, incluidos los ríos Charles y Mystic. Enriquecieron las muestras con varios contaminantes de metales pesados, como plomo, cobre, níquel y cadmio, luego pegaron un dispositivo en la botella de cada muestra y lo hicieron girar a mano para atraparlo. y absorber los contaminantes. Luego colocaron los dispositivos en un mostrador para que se sequen durante la noche.

Para recuperar los contaminantes del dispositivo, sumergieron el dispositivo en ácido clorhídrico. El hidrógeno en la solución repele efectivamente todos los iones unidos a las perlas de polímero, incluidos los metales pesados, que luego se pueden recolectar y analizar con instrumentos tales como espectrómetros de masas.

Los investigadores descubrieron que al sacudir el dispositivo en la muestra de agua, el dispositivo podía absorber y almacenar alrededor del 94 por ciento de los contaminantes metálicos en cada muestra En sus pruebas recientes, descubrieron que aún podían detectar contaminantes y predecir sus concentraciones en muestras de agua originales, con un rango de precisión de 10-20%, incluso después de después de haber almacenado el dispositivo en estado seco por hasta dos años.

Con un costo de menos de $ 2, los investigadores creen que el dispositivo podría facilitar el transporte de muestras a laboratorios centralizados, la recolección y el almacenamiento de muestras para futuros análisis y la adquisición de datos de calidad. agua centralmente, que, a su vez, podría ayudar a identificar fuentes de contaminación, orientar políticas y permitir una mejor gestión de la calidad del agua.

Los investigadores ahora se han asociado con una compañía en India, con la esperanza de comercializar el dispositivo. Juntos, su proyecto fue elegido recientemente como una de 26 de más de 950 propuestas para ser financiadas por el gobierno indio como parte de su programa Atal New India Challenge.

Esta investigación fue financiada, en parte, por el Laboratorio de Sistemas de Agua y Alimentos Abdul Latif Jameel, el Centro MIT Tata y la Fundación Nacional de Ciencia.

Deja un comentario