En ny elektronisk blysensor, kostar potentiellt runt $20, kunde hålla ett öga på vattenkvaliteten i hemmet och staden, varna invånare och tjänstemän om förekomsten av bly inom nio dagar. University of Michigan forskare söker partners för att få ut tekniken på marknaden.

Vattenkrisen i Flint visade nationen att gamla vattensystem som tros ha varit stabila i årtionden plötsligt kan utsätta tusentals människor för ett nervgift om blyrören korroderas av en förändring i vattenkvaliteten. Dessutom, vanliga vattenprovstester kräver att användarna kör vattnet i flera minuter, saknar eventuellt bly som läcker ut i vattnet från bostadens egna ledningar.

Mark Burns, T.C. Chang professor i kemiteknik vid U-M, och hans kollegor satte sig för att utveckla en billig sensor som kunde placeras på viktiga punkter i stadens vattensystem såväl som vid kranarna i hemmen.

"Jag hoppas att det kommer att ha en viss effekt eftersom det är läskigt att tänka på att ha bly i vattnet, " sa Burns.

Tricket är att separera bly från alla andra metaller som kan finnas i vatten, de flesta av dem endast farliga i mycket höga doser.

"Eftersom järn är den vanligaste metallen i vatten och i princip är ofarlig (förutom att det luktar dåligt), vi ser det som stör vår sensor, sa Wen-Chi Lin, en färsk doktorsexamen. examen i kemiteknik.

Så, hon designade en sensor som kunde skilja mellan bly och andra metaller som järn. Den förlitar sig på två par elektroder. Den positiva elektroden och dess neutrala granne skapar en elektronfattig miljö, medan den negativa elektroden och dess neutrala granne skapar en elektronrik miljö.

Den negativa elektroden ger elektroner till positiva joner, fångar de flesta metaller. Metallerna är redan oxiderade i vatten, vilket betyder att de har gett upp några av sina elektroner, så de föredrar en möjlighet att få tillbaka elektroner.

Dock, bly dras till den positiva sidan av elektroduppsättningen – det är den enda förorenande metallen som lätt förlorar fler elektroner och oxiderar ytterligare.

Lin testade sensorerna i en mängd olika miljöer:simulerat kranvatten och vatten från en riktig kran, spetsade med metaller eller inte. När bly byggs upp på den positiva elektroden, den når så småningom den neutrala elektroden, stänga kretsen och generera en spänning. Över en envoltssignal, systemet registrerar en träff.

Det är en liknande historia på den negativa elektroden, ta upp höga koncentrationer av järn, zink och koppar, vilket också kan bli hälsoproblem. Sensorn kan skilja mellan ett blyproblem och ett problem med en av dessa andra metaller.

"Det kan finnas en app som övervakar alla kranar, och den kunde bara skicka ett e-postmeddelande till dig när den upptäckte en händelse, " sa Burns.

Lin var särskilt medveten om falska positiva – en detektering betyder att elektroden är ur drift för gott (men inte hela sensorn), och det kan orsaka en onödig rädsla för en familj eller tjänsteman.

Den ena potentialen för en falsk blyvarning är om kopparkoncentrationen är för hög. Koppar är så bra på att ta tag i extra elektroner att den kan byggas upp på den neutrala elektroden bredvid den positiva elektroden. Men koppar skapar bara en spänning vid höga koncentrationer, närmar sig miljöskyddsmyndighetens åtgärdsgräns på 1, 300 delar per miljard.

Leda, i kontrast, visar sig på 15 delar per miljard – dess EPA-åtgärdsgräns – efter ungefär en vecka. Denna exponeringsnivå tros inte höja blodnivåerna hos vuxna, enligt Centers for Disease Control. En större koncentration av bly, 150 delar per miljard, hämtades efter bara en eller två dagar, beroende på vattnets kemi.

Lin tror att med optimering, den positiva elektroden kan vara bättre på att dra till sig bly men inte koppar.

Studien publiceras i Analytisk kemi , betitlad, "En dricksvattensensor för bly och andra tungmetaller."