p Liderar, arsênico, e outros metais pesados ​​estão cada vez mais presentes nos sistemas hídricos em todo o mundo devido às atividades humanas, como o uso de pesticidas e, mais recentemente, o descarte inadequado de lixo eletrônico. A exposição crônica a até mesmo níveis de traços desses contaminantes, em concentrações de partes por bilhão, pode causar problemas de saúde debilitantes em mulheres grávidas, crianças, e outras populações vulneráveis. p Monitorar a presença de metais pesados ​​na água é uma tarefa formidável, Contudo, particularmente para regiões com recursos limitados, onde os trabalhadores devem coletar muitos litros de água e preservar as amostras quimicamente antes de transportá-las para laboratórios distantes para análise.

p Para simplificar o processo de monitoramento, Os pesquisadores do MIT desenvolveram uma abordagem chamada SEPSTAT, para extração em fase sólida, preservação, armazenar, transporte, e análise de traços de contaminantes. O método é baseado em um pequeno, dispositivo amigável que a equipe desenvolveu, que absorve traços de contaminantes na água e os preserva em um estado seco para que as amostras possam ser facilmente jogadas no correio e enviadas para um laboratório para análise posterior.

p O dispositivo se assemelha a um pequeno, hélice flexível, ou bata, que cabe dentro de uma garrafa de amostra típica. Quando girado dentro da garrafa por vários minutos, o instrumento pode absorver a maioria dos traços de contaminantes na amostra de água. O usuário pode secar o dispositivo ao ar ou secar com um pedaço de papel, em seguida, alise-o e envie-o em um envelope para um laboratório, onde os cientistas podem mergulhá-lo em uma solução de ácido para remover os contaminantes e coletá-los para análise posterior no laboratório.

p "Inicialmente, projetamos isso para uso na Índia, mas me ensinou muito sobre nossos próprios problemas de água e vestígios de contaminantes nos Estados Unidos, "diz a designer de dispositivos Emily Hanhauser, um aluno de pós-graduação no Departamento de Engenharia Mecânica do MIT. "Por exemplo, alguém que ouviu falar sobre a crise da água em Flint, Michigan, quem agora quer saber o que está em sua água, pode um dia pedir algo assim online, faça o teste eles mesmos, e envie para um laboratório. "

p Hanhauser e seus colegas publicaram recentemente seus resultados na revista Ciência e Tecnologia Ambiental . Seus co-autores do MIT são Chintan Vaishnav, do Tata Center for Technology and Design e da MIT Sloan School of Management; John Hart, professor associado de engenharia mecânica; e Rohit Karnik, professor de engenharia mecânica e chefe do departamento associado de educação, junto com Michael Bono da Universidade de Boston.

p De saquinhos de chá a batedeiras

p A equipe originalmente se propôs a entender a infraestrutura de monitoramento da água na Índia. Milhões de amostras de água são coletadas por trabalhadores em laboratórios locais em todo o país, equipadas para realizar análises básicas da qualidade da água. Contudo, para analisar traços de contaminantes, os trabalhadores desses laboratórios locais precisam preservar quimicamente um grande número de amostras de água e transportar os vasos, frequentemente por centenas de quilômetros, para capitais estaduais, onde os laboratórios centralizados têm instalações para analisar adequadamente o traço de contaminantes.

p "Se você estiver coletando muitas dessas amostras e tentando levá-las para um laboratório, é um trabalho muito oneroso, e há uma barreira de transporte significativa, "Hanhauser diz.

p Ao procurar agilizar a logística de monitoramento da água, ela e seus colegas se perguntaram se poderiam contornar a necessidade de transportar a água, e em vez disso transportar os contaminantes por si próprios, em um estado seco.

p Eles finalmente encontraram inspiração em manchas de sangue seco, uma técnica simples que envolve picar o dedo de uma pessoa e coletar uma gota de sangue em um cartão de celulose. Quando seco, os produtos químicos no sangue são estáveis ​​e preservados, e os cartões podem ser enviados para análise posterior, evitando a necessidade de preservar e transportar grandes volumes de sangue.

p A equipe começou a pensar em um sistema de coleta semelhante para metais pesados, e procurou na literatura materiais que pudessem absorver vestígios de contaminantes da água e mantê-los estáveis ​​quando secos.

p Eles finalmente se estabeleceram em resinas de troca iônica, uma classe de material que vem na forma de pequenas esferas de polímero, várias centenas de mícrons de largura. Essas contas contêm grupos de moléculas ligadas a um íon de hidrogênio. Quando mergulhado em água, o hidrogênio sai e pode ser trocado por outro íon, como um cátion de metal pesado, que ocupa o lugar do hidrogênio no cordão. Desta maneira, os grânulos podem absorver metais pesados ​​e outros traços de contaminantes da água.

p Os pesquisadores então procuraram maneiras de mergulhar as contas na água, e primeiro considerado um design semelhante a um saquinho de chá. Eles encheram um bolso semelhante a uma rede com contas e mergulharam na água com metais pesados. Eles encontraram, no entanto, que levava dias para que os grânulos absorvessem adequadamente os contaminantes se simplesmente deixassem o saquinho de chá na água. Quando eles mexeram o saquinho de chá, turbulência acelerou o processo um pouco, mas ainda demorou muito para as contas, embalado em um grande saquinho de chá, para absorver os contaminantes.

p Em última análise, Hanhauser descobriu que um projeto de agitação portátil funcionava melhor para absorver os contaminantes metálicos da água em um período de tempo razoável. O dispositivo é feito de uma malha de polímero cortada em vários painéis semelhantes a uma hélice. Dentro de cada painel, Pequenos bolsos costurados à mão Hanhauser, que ela encheu com contas de polímero. Ela então costurou cada painel em torno de um bastão de polímero para se parecer com uma espécie de batedeira ou batedeira.

p Testando as águas

p Os pesquisadores fabricaram vários dos dispositivos, em seguida, testei-os em amostras de água natural coletadas em Boston, incluindo os rios Charles e Mystic. Eles misturaram as amostras com vários contaminantes de metais pesados, como chumbo, cobre, níquel, e cádmio, em seguida, colou um dispositivo na garrafa de cada amostra, e girou-o manualmente para capturar e absorver os contaminantes. Eles então colocaram os dispositivos em um balcão para secar durante a noite.

p Para recuperar os contaminantes do dispositivo, eles mergulharam o dispositivo em ácido clorídrico. O hidrogênio na solução efetivamente elimina quaisquer íons ligados aos grânulos de polímero, incluindo metais pesados, que podem ser coletados e analisados ​​com instrumentos como espectrômetros de massa.

p Os pesquisadores descobriram que, ao mexer o dispositivo na amostra de água, o dispositivo foi capaz de absorver e preservar cerca de 94 por cento dos contaminantes metálicos em cada amostra. Em seus testes recentes, eles descobriram que ainda podiam detectar os contaminantes e prever suas concentrações nas amostras de água originais, com uma faixa de precisão de 10 a 20 por cento, mesmo depois de armazenar o dispositivo em estado seco por até dois anos.

p Com um custo inferior a $ 2, os pesquisadores acreditam que o dispositivo pode facilitar o transporte de amostras para laboratórios centralizados, coleta e preservação de amostras para análise futura, e aquisição de dados de qualidade da água de forma centralizada, que, por sua vez, poderia ajudar a identificar fontes de contaminação, políticas de orientação, e permitir uma melhor gestão da qualidade da água.