جهاز استشعار قليل التكلفة لقياس تلوث المياه بالرصاص

تتنوع مصادر تلوث المياه بالرصاص وتشمل أنابيب الصرف الصحي القديمة والتعدين وصهر الرصاص والطلاء المحتوي على الرصاص (شاترستوك)

إنجاز جديد لاكتشاف وقياس تركيزات الرصاص في الماء ابتكره مهندسون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، وجامعة نانيانج التكنولوجية، وشركات أخرى، من خلال تطوير تكنولوجيا مدمجة وقليلة التكلفة. ويأمل الباحثون في أن يلعب هذا الإنجاز دوراً حاسماً في معالجة مشكلة تلوث الماء بالرصاص التي تؤثر على ملايين الأشخاص حول العالم.

المخاطر الصحية

تقدِّر «منظمة الصحة العالمية» أن 240 مليون شخص عالمياً يتعرضون لمياه الشرب التي تحتوي على مستويات غير آمنة من الرصاص السامّ. يمكن أن يؤثر التلوث بالرصاص بشدة على نمو الدماغ لدى الأطفال، ويسبب تشوهات خلقية، ويؤدي إلى مجموعة من المشكلات العصبية والقلبية وغيرها. وفي الولايات المتحدة وحدها، لا يزال ما يقرب من 10 ملايين أسرة يحصلون على مياه الشرب من خلال أنابيب الرصاص، مما يشكل خطراً صحياً كبيراً، بحسب بعض الدراسات.

يقول جيا شو بريان سيا، باحث ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا المؤلف الرئيسي للورقة البحثية إن «تلوث المياه بالرصاص يعكس أزمة صحية عامة لم تتم معالجتها، وتؤدي إلى وفاة أكثر من مليون شخص سنوياً».

يمكن للجهاز الذي يشبه الرقاقة أن يوفر كشفاً حساساً لمستويات الرصاص في مياه الشرب (MIT)

طريقة مبتكرة وفعالة

تشتمل الطرق التقليدية لاختبار الرصاص في الماء على معدّات باهظة الثمن وتستغرق معالجة النتائج عدة أيام. وبدلاً من ذلك، توفر شرائط الاختبار البسيطة التي تم ابتكارها مؤشراً ثنائياً على وجود الرصاص دون تحديد كمية تركيزه.

حقائق

15 جزءاً في المليار (ppb) من الرصاص

هو ما تشترط وكالة حماية البيئة (EPA) عدم تجاوزه في مياه الشرب... وهو تركيز منخفض جداً يصعب اكتشافه بدقة

تعد التكنولوجيا الجديدة التي طوّرها الفريق بقيادة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بإحداث ثورة في عملية الاختبار هذه. يمكن للنظام اكتشاف تركيزات الرصاص التي تصل إلى 1 جزء في المليار بدقة عالية، باستخدام كاشف بسيط قائم على شريحة موجود في جهاز محمول باليد. توفر هذه التقنية قياسات كمية فورية تقريباً، ولا تتطلب سوى قطرة ماء، مما يجعلها عملية وفعالة

جيا شو بريان سيا (يسار) ولويجي رانو (يمين) يعرضان شريحة الاستشعار المعبَّأة بالكامل (MIT)

الرقائق الضوئية لالتقاط أيونات الرصاص

ركز الفريق على إنشاء طريقة كشف مباشرة باستخدام الرقائق الضوئية، التي تستخدم الضوء لإجراء القياسات. كان التحدي الرئيسي هو ربط جزيئات محددة على شكل حلقة تعرف باسم «إثيرات التاج»، بسطح الرقاقة الضوئية، حيث يمكن لـ«إثيرات التاج» التقاط أيونات الرصاص. وقد نجح الفريق في تحقيق هذا الارتباط من خلال عملية كيميائية تعرف باسم «أسترة فيشر». يوضح جيا شو بريان سيا باحث ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن هذا أحد الإنجازات الأساسية التي حققت في الاختبار الذي أظهر أن الشريحة الجديدة يمكنها اكتشاف الرصاص في الماء بتركيزات منخفضة تصل إلى جزء واحد في المليار.

أما بالنسبة للتركيزات الأعلى بكثير، مثل تلك الموجودة في مخلفات المناجم، فإن الدقة تصل إلى 4 في المائة. وذكر العلماء أن الجهاز فعال في الماء بمستويات حموضة تتراوح من 6 إلى 8، التي تغطي معظم العينات البيئية. كما أكدت الاختبارات التي أُجريَت بمياه البحر ومياه الصنبور دقة القياسات.

يمكن إحضار هذا الجهاز المحمول باليد إلى مصدر المياه للمراقبة في الموقع، بتكاليف منخفضة، كما يمكن جعل الاختبار المنتظم والواسع النطاق ممكنًا.

لويجي رانو، طالب دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا