Tragbarer Sensor ermöglicht kommunale Bleimessung im Leitungswasser

"Die Tatsache, dass Familien unwissentlich einer Bleibelastung ausgesetzt sein können, hat mich dazu veranlasst", sagt Pradeep Kurup, der leitende Forscher. "Mit der E-Zunge geben wir den Menschen Wissen und Macht direkt in die Hand, damit sie ihre Gesundheit schützen und sich für sichereres Wasser in ihren Gemeinden einsetzen können.

Herkömmliche Wassertests sind kostspielig und zeitaufwändig, da sie spezielle wissenschaftliche Geräte und lange Bearbeitungszeiten erfordern. Auch wenn Wasseraufbereitungsanlagen die Verunreinigungen hervorragend entfernen, können alte Bleirohre und Armaturen in Haushalten immer noch eine Quelle der Bleiverunreinigung sein. Um dieses Problem zu lösen, hat ein Forscherteam unter der Leitung von Kurup ein tragbares Gerät namens E-Tongue entwickelt, das Wasserproben analysieren kann und von einer Durchschnittsperson bedient werden kann.

Die E-Zunge funktioniert, indem eine Spannung an eine Wasserprobe angelegt wird, wodurch vorhandene Blei-Ionen an der Goldelektrode des Sensors haften bleiben. Dann wird die Spannung umgekehrt, wodurch sich das Blei vom Sensor löst und einen elektrischen Strom erzeugt. Die Stärke dieses Stroms zeigt an, wie viel Blei in der Wasserprobe enthalten ist. Wird Blei entdeckt, warnt eine mit dem Gerät verknüpfte Smartphone-App den Benutzer mit einer farbcodierten Anzeige und einem Konzentrationswert, der den Schweregrad der Verunreinigung angibt. Ein grüner Bildschirm zeigt an, dass die Bleikonzentration unter den von der US-Umweltschutzbehörde (EPA) festgelegten Grenzwerten liegt. Ein roter Bildschirm zeigt an, dass die Bleikonzentration die gesetzlichen Grenzwerte überschreitet.

Um die Benutzerfreundlichkeit und Leistungsfähigkeit von E-Tongue zu testen, arbeiteten die Forscher mit 317 Einwohnern aus vier Städten zusammen. Die Bewohner kombinierten zunächst eine Probe ihres Leitungswassers mit einer vorgefertigten Pufferlösung in einem Glasfläschchen. Dann folgten sie drei Schritten auf der Smartphone-App: Nachdem sie den Sensor in das Glasfläschchen gelegt hatten, klickten sie auf "Start", um den Test zu starten, und auf "Ende", um die Testergebnisse zu speichern und sie den Forschern und den örtlichen Gemeinden mitzuteilen. Wurde Blei über dem von der EPA erlaubten Höchstwert von 10 Teilen pro Milliarde nachgewiesen, überprüften die Forscher die Ergebnisse durch ein zertifiziertes Labor, das herkömmliche Nachweismethoden anwendet, um die Genauigkeit von E-Tongue zu gewährleisten.

Die Forscher fanden Folgendes heraus:

• Die Bleibelastung in den Leitungswasserproben war in den vier Städten von Massachusetts unterschiedlich hoch.
• Zehn der 634 von den Einwohnern entnommenen Proben überschritten den von der EPA festgelegten Höchstwert für Blei, mehrere andere Proben näherten sich diesem Wert.
• Die Messwerte der E-Tongue waren genauso genau wie die herkömmlicher Labortests.

Diese Studie beweist die Wirksamkeit der E-Zunge als schnelles und zuverlässiges Gerät für den Nachweis von Blei im Trinkwasser zu Hause. Die Forscher hoffen, dass dieses Gerät bald eine praktische Option für den Nachweis und die Eindämmung von Schwermetallverunreinigungen in kommunalen Wasserquellen sein wird und damit die Gemeinden in die Lage versetzt, sich selbst zu schützen.

Die Autoren bedanken sich für die Finanzierung durch die National Science Foundation.