Tässä droonissa on pieni laboratorio, joka on suunniteltu mittaamaan nitraattipitoisuuksia vaikeasti saavutettavissa--vesistöissä. Luotto: Nathan Jared
Mitä jos sen sijaan, että ottaisit vesi- tai maanäytteen laboratorioon, voisit viedä laboratorion näytteeseen? Näin raportoi tutkijaryhmäACS anturittehtiin uudella nitraatti-seuranta "lab-on-a-drone" -järjestelmällä. Drone mahdollistaa helpon, reaaliaikaisen vesinäytteiden oton-ja analysoinnin vaikeapääsyisillä--alueilla, kuten jyrkillä ojilla tai suoisilla alankoilla.
Tilaa uutiskirjeemme saadaksesi viimeisimmät sci{0}}tech-uutiset.
Tekniikka voisi auttaa maanviljelijöitä optimoimaan lannoitteiden käyttöä ja ehkäisemään vesistöjen saastumista liiallisesta nitraatin valumisesta.
Miksi nitraattien seuranta on tärkeää?
Typpi{0}}pitoiset lannoitteet ovat tärkeä osa nykyaikaista maataloutta, mutta suurin osa niistä kulkeutuu pois pelloilta vedenpoistojärjestelmien mukana.
Suuri osa tästä ylijäämästä typestä muuttuu nitraatiksi, mikä voi aiheuttaa leväkukintoja ja vähän{0}}happea sisältäviä "kuolleita alueita" vesistöissä tai saastuttaa juomaveden. Nitraattipitoisuuksien seuranta ei kuitenkaan ole aina helppoa, koska suuri osa maatalouden valumasta on syrjäisillä viljelysmailla tai mutaisissa ojissa, ja näytteet on lähetettävä laboratorioon käsittelyä varten. Joten tutkijat kehittävät tapoja tehdä tämä kauko--ohjatuilla laitteilla.
Miten dronen-laboratorio-- toimii
Jonathan Claussen ja kollegat halusivat tehdä yhden tällaisen laboratorion---droonille ravinnesaastumisen seurantaan, joka olisi halvempi ja tehokkaampi kuin nykyiset vaihtoehdot.
Tutkijat suunnittelivat mukautetun pumpun, edullisia{0}}sähkökemiallisia nitraattiantureita ja potentiometrisen laitteen nitraattipitoisuuksien määrittämiseksi nopeasti ja helposti. Sitten he kiinnittivät laitteet kaupallisesti saatavilla olevaan drooniin. Dronin alla oleva pitkä putki veti vettä mini-laboratorioon, jossa se analysoitiin ilmassa noin seitsemässä minuutissa.
Drone tallensi kaikki tulokset sisäiselle muistikortille myöhempää lukemista ja analysointia varten, ja se pystyi käsittelemään useita näytteitä ennen laskeutumista.
Suorituskyky ja tulevat sovellukset
Testeissä tutkijoiden anturijärjestelmä havaitsi nitraattipitoisuudet aina 2,5 miljoonasosaan (ppm) asti ja oli 95 % yhtä tarkka kuin tyypillinen laboratoriopohjainen sähkökemiallinen nitraattien havaitsemisjärjestelmä.
Iowassa sijaitsevan maataloustyön ojissa laboratorio---lennolla havaitsi keskimääräisiksi nitraattipitoisuuksiksi 5,39 ppm, mikä on yhdenmukainen alueella tehtyjen aikaisempien mittausten kanssa ja alle Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston asettaman 10 ppm juomaveden enimmäistason.
Tiimi selittää, että sen uusi järjestelmä tekee nitraattisaasteiden seurannasta entistä helpompaa ja muodostaa perustan tuleville laboratorio--on-a-sovelluksille maataloudessa, kuten vesistöjen bakteerien tai torjunta-ainekontaminaation seurantaan.
Tekijät ovat jättäneet tähän työhön liittyvän Yhdysvaltain patentin.
Lisätietoja:Dronen-laboratorio--lennolla: reaaliaikainen-nitraatin sähkökemiallinen tunnistus maatalouden vesistöalueilla,ACS anturit(2025). DOI: 10.1021/acsensors.5c02620
Tarjoaa American Chemical Society
