На определенной чистоте: опасные вещества в воде выявят при помощи смартфона
Российские ученые разработали способ поиска вредных веществ в воде с помощью смартфона. Для этого из пробы воды с помощью специального картриджа получают концентрат, а затем используют колориметрию — определение концентрации вещества по интенсивности окраски раствора с помощью камеры устройства. Сейчас специалисты предлагают искать таким способом превышенные уровни химиката, который используют для осаждения взвеси. Однако в дальнейшем подход может быть использован для поиска различных примесей и загрязнителей, рассказали «Известиям» ученые.
Как определить качество воды с помощью смартфона
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета разработали метод анализа содержания химиката, способного наносить вред человеку, в воде. Предложенный подход основан на растворителях нового поколения и колориметрии, то есть определении концентрации вещества по интенсивности окраски жидкости, при помощи камеры смартфона. Это позволит заменить дорогостоящие, менее точные и токсичные способы, существующие сейчас.
Качество воды оказывает значительное влияние на состояние окружающей среды и здоровье человека, поэтому существует необходимость очистки как сточной, так и питьевой воды, рассказали «Известиям» ученые. Один из этапов — удаление нерастворенных взвешенных частиц. Для этого используют специальные вещества, которые объединяют мелкие частицы в более крупные, — коагулянты и флокулянты.
Например, для этих целей подходит катионный полиэлектролит полидиаллилдиметиламмоний хлорида — полиДАДМАХ. Большая часть этого соединения во время фильтрации удерживается и не проходит на следующие этапы очистки. Однако в некоторых ситуациях, например при использовании концентраций сверх нормы, флокулянт может оставаться в воде, это может быть опасно для человека.
Сам по себе полиДАДМАХ относится к веществам, которые вызывают низкий уровень беспокойства окружающей среды, отмечают ученые. Однако превышение его концентраций во время фильтрации может привести к образованию побочных продуктов, таких как N-нитрозодиметиламин, который считается канцерогеном. Поэтому важно анализировать, насколько успешно очищена вода и насколько она безопасна для приема внутрь.
Существующие способы определения его содержания не обладают достаточно низкими пределами обнаружения и потому требуют применения дорогостоящего лабораторного оборудования или токсичных и дорогих реагентов. Как объяснила профессор кафедры аналитической химии СПбГУ Ирина Тимофеева, при контроле качества воды важно получать информацию быстро, находясь около объекта анализа, — это позволяет оперативно реагировать в случае отклонения показателей от нормы.
Ученые СПбГУ разработали именно такой метод, при этом анализ воды может проводиться с использованием смартфона. По словам Ирины Тимофеевой, он позволяет определять содержание вещества даже на уровне ниже предельно допустимой концентрации. При этом методику можно применить и вне лаборатории: для этого достаточно ориентироваться на градуировочный график при регистрации интенсивности окраски экстракта с помощью камеры смартфона.
— Для подтверждения эффективности разработки мы провели анализ реальных образцов: питьевой, водопроводной и очищенной сточной вод. Все пробы содержали полиДАДМАХ в небольших концентрациях, — сказала «Известиям» лаборант-исследователь кафедры аналитической химии СПбГУ Алена Антонова.
Перспективность методики
Разработанный тест-способ включает последовательное пропускание пробы воды через картриджи с ионообменной смолой и ватой для удаления мешающих примесей, при этом полиДАДМАХ сорбируется на вате, не засоряя фильтр. Затем концентрат изучается с помощью камеры. Для работы с колориметрией необходимо использовать специальные приложения для смартфонов, которые есть в открытом доступе, рассказали «Известиям» ученые. Впоследствии подобными методами можно будет анализировать содержание и других веществ, и ученые уже над этим работают.
Предложенный метод применим в экологическом мониторинге для анализа природных вод на содержание катионных полиэлектролитов, обеспечивая достаточную чувствительность и селективность, рассказала директор мегафакультета наук о жизни и НОЦ инфохимии ИТМО Екатерина Скорб.
— Благодаря низкой стоимости и простоте выполнения анализа метод представляет интерес для использования в системах раннего оповещения и в рамках программ общественного контроля качества воды, — отметила она.
В колориметрии обычно используют фотоколориметр. Его стоимость соизмерима со стоимостью смартфона, а точность и чувствительность выше, сказал «Известиям» д.х.н., директор Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ имени Н.Э. Баумана Евгений Александров.
— Предлагаемый способ можно было бы назвать более доступным, но для бытового применения он слишком сложный, требует несколько стадий обработки пробы и применения специальных реактивов. Однако в плане портативности этот метод неплохой, так как смартфон во много раз меньше и легче фотоколориметра, — сказал специалист.
Ионообменная смола, картриджи и так далее — это уже лабораторная деятельность, а не просто работа смартфона. И как это проводить в полевых условиях, не совсем понятно, отметил разработчик образовательных программ, председатель комиссии по наставничеству «Опоры России», эксперт Клубов мышления Национальной технологической инициативы (НТИ) Александр Васенев.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Analytica Chimica Acta.
