Wen-Chi Lin mostra seu design de sensor de chumbo eletrônico. Poderia permitir que cidades e proprietários de casas apontassem canos que contaminassem a água com chumbo. (Crédito: Evan Dougherty / Michigan Engineering Communications & Marketing / U. Michigan)

Um novo sensor eletrônico pode monitorar a qualidade da água em residências ou cidades, informando moradores ou autoridades sobre a presença de chumbo na água em até nove dias - tudo por cerca de US $ 20.

A crise da água em Flint mostrou à nação que os sistemas hídricos antigos que se acreditava estarem estáveis ​​por décadas podem de repente expor milhares de pessoas a uma neurotoxina se uma mudança na qualidade da água corrói a tubulação de chumbo.

Além disso, os testes padronizados de amostras de água exigem que os usuários percorram a água por vários minutos, perdendo todo o chumbo que penetre na água dos próprios canos da casa.

Mark Burns, professor de engenharia química na Universidade de Michigan, e seus colegas se propuseram a desenvolver um sensor barato que pudesse ser colocado em pontos-chave dos sistemas de água da cidade, bem como nas torneiras das residências.

"Espero que tenha algum impacto, porque é assustador pensar em ter chumbo em sua água", diz Burns.

O truque é separar o chumbo de todos os outros metais que possam estar presentes na água, a maioria deles apenas perigosos em doses muito altas.

“Como o ferro é o metal mais comum na água e é basicamente inofensivo (além de ter um odor ruim), nós o vemos como interferindo em nosso sensor”, diz Wen-Chi Lin, um recém-doutorado em engenharia química.

Então, ela projetou um sensor que poderia diferenciar entre o chumbo e outros metais como o ferro. Depende de dois pares de eletrodos. O eletrodo positivo e seu vizinho neutro criam um ambiente pobre em elétrons, enquanto o eletrodo negativo e seu vizinho neutro criam um ambiente rico em elétrons.

O eletrodo negativo oferece elétrons a íons positivos, capturando a maioria dos metais. Os metais já estão oxidados na água, o que significa que eles desistiram de alguns de seus elétrons, então preferem uma oportunidade de recuperar os elétrons.

No entanto, o chumbo é atraído para o lado positivo do conjunto de eletrodos - é o único metal contaminante que facilmente perde mais elétrons e se oxida ainda mais.

Lin testou os sensores em uma variedade de ambientes: água da torneira simulada e água de uma torneira real, enriquecida com metais ou não. À medida que o eletrodo se acumula no eletrodo positivo, ele eventualmente alcança o eletrodo neutro, fechando o circuito e gerando uma voltagem. Acima de um sinal de um volt, o sistema registra um hit.

É uma história semelhante sobre o eletrodo negativo, captando altas concentrações de ferro, zinco e cobre, que também podem se tornar preocupações de saúde. O sensor pode diferenciar entre um problema de chumbo e um problema com um desses outros metais.

"Pode haver um aplicativo que monitore todos os toques e pode enviar uma mensagem de e-mail quando for detectado um evento", diz Burns.

Lin estava especialmente consciente dos falsos positivos - uma detecção significa que o eletrodo está fora de serviço (mas não o sensor inteiro) e pode causar um susto desnecessário para uma família ou funcionário.

O potencial para um alerta de pista falsa é se a concentração de cobre é muito alta. O cobre é tão bom em pegar elétrons extras que pode se acumular no eletrodo neutro ao lado do eletrodo positivo. Mas o cobre apenas cria uma voltagem em altas concentrações, aproximando-se do limite de ação da Agência de Proteção Ambiental de 1,300 partes por bilhão.

O chumbo, por outro lado, aparece em 15 partes por bilhão - seu limite de ação da EPA - após cerca de uma semana. Este nível de exposição não é pensado para elevar os níveis sanguíneos em adultos, de acordo com o Centers for Disease Control. Uma concentração maior de chumbo, 150 partes por bilhão, foi captada após apenas um ou dois dias, dependendo da química da água.

Lin acredita que, com a otimização, o eletrodo positivo poderia ser melhor ainda ao atrair o chumbo, mas não o cobre.

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O estudo aparece em Química Analítica.

A Universidade de Michigan financiou o trabalho por meio da Bolsa Barbour, da Bolsa de Pesquisas Predominais Rackham e do TC Chang Endowed Professorship.

Fonte: Universidade de Michigan

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