"Vad finns i ditt vatten?" har blivit en allt mer besvärlig fråga för många människor i USA och runt om i världen. Att få svaret är inte alltid lätt eller billigt. I dag, forskare rapporterar att de använder den välkända "kaffe-ring-effekten" för att enkelt analysera flera komponenter i en enda droppe vatten, snabbt och billigt. Och en dag, allmänheten kunde använda metoden för att testa sitt eget kranvatten.

Forskarna presenterar sitt arbete idag vid 254:e National Meeting &Exposition of the American Chemical Society (ACS).

I ett nötskal, kaffe-ringseffekten är det välkända fenomenet där partiklarna i en vattendroppe tenderar att koncentrera sig runt droppens kanter när vattnet förångas. "Men de mönster som kaffe-ringseffekten lämnar för verkliga kranvattenprover är mer invecklade och unika för varje vattenkälla, "säger Rebecca Lahr, Ph.D. "Det finns en häpnadsväckande mängd information att analysera. Restmönstren för kranvatten är som fingeravtryck som kan användas för att identifiera vad som finns i ett prov."

Lahr påpekar att folkhälsofrågor bara kom fram under de senaste åren i städer som Flint, Michigan; Washington, D.C .; Toledo, Ohio; och Charleston, Västra Virginia, efter att människor konsumerat förorenat kranvatten. Dessa erfarenheter visar behovet av förbättrade övervakningstekniker för vattenkvalitet, hon säger.

Lahr har studerat kaffe-ringseffekten sedan hon arbetade med sin doktorsexamen. avhandling, ursprungligen använde den för att koncentrera toxiner i vatten för efterföljande spektroskopisk analys. Nu, hon applicerar det i sitt labb vid Michigan State University för att hjälpa allmänheten att lära sig mer om vätskan som kommer från deras kranar. Det visar sig att det unika mönstret som ett vattenprov lämnar ger information om vattnets innehåll och egenskaper - upplösta fasta ämnen, hårdhet, alkalinitet och metalljoner, till exempel. Traditionellt krävdes en annan analysmetod för att bestämma vart och ett av dessa objekt i ett urval. Kostnaderna för de individuella testerna stiger. "Om du är orolig för ditt dricksvatten, det kan vara överväldigande att titta på ett schema för vattentestavgifter för att bestämma vilka vattentester som ska köras, "Påpekar Lahr." Du måste veta vad du letar efter i förväg. "

För att utföra kafferingsanalysen, Lahr, doktorand Xiaoyan Li, och studenterna Selett Allen och Alyssa Sanderson torkade droppar av olika kranvattenprover på billiga aluminiumsubstrat. Sedan, de fotograferade den resulterande kafferingen med en mobiltelefon genom en billig juvelerares lupp. Efter många experiment, de fick reproducerbara restmönster för kranvatten från samhällen över södra Michigan. De skapade också syntetiska kranvattenlösningar för att efterlikna kranvatten från samhället med varierande hårdhet, alkalinitet, natrium, klorid, sulfat, totalt löst fastämne, järn och koppar.

Målet, Lahr säger, "är att skapa ett bibliotek med mönster som produceras av kafferingens effekter för kända vattenprover som kan användas för att identifiera mönstren från okända prover." Hon arbetar också med program för att automatisera jämförelse av okända vattenprover med biblioteket.

Så, kan kaffe-ringseffekten ha använts för att identifiera problemet med blyförorening av flintvattentillförseln? "Det är för tidigt att säga, "Lahr svarar." Tanken här är att utveckla ett snabbare och billigare sätt att screena prover för att höja röda flaggor när det borde göras ytterligare analyser. Denna metod kommer inte att ha känsligheten hos vanliga analytiska tekniker, men det är mycket billigare. "

Hon noterar att kaffe-ringseffekten också kan användas i klassrummen som ett sätt att få eleverna upphetsade av miljövetenskap. "Jag är förvånad över hur kraftfullt det är som ett pedagogiskt verktyg, "säger hon." Eleverna tar in sina egna prover och ser snabbt skillnaderna i de mönster som lämnas kvar. "