Denne drone bærer et lillebitte laboratorium designet til at måle nitratkoncentrationer i vandveje, der er svære-at-nå til. Kredit: Nathan Jared
Hvad hvis du i stedet for at tage en vand- eller jordprøve til laboratoriet, kunne tage laboratoriet til prøven? Det er, hvad et team af forskere rapporterer iACS sensorergjorde med et nyt nitrat-overvågnings-"lab-på-et-dronesystem. Dronen giver mulighed for nem,-realtids-vandprøvetagning og -analyse i svært--områder som f.eks. stejle grøfter eller sumpet lavland.
Abonner på vores nyhedsbrev for de seneste videnskabs-tekniske nyhedsopdateringer.
Teknologien kan hjælpe landmænd med at optimere deres gødningsbrug og forhindre vandvejsforurening fra overskydende nitratafstrømning.
Hvorfor nitratovervågning er vigtig
Kvælstofholdig-gødning er en vigtig komponent i moderne landbrug, men det meste af det bliver båret væk fra marker af vandafledningssystemer.
En god del af denne rest nitrogen bliver omdannet til nitrat, som kan forårsage algeopblomstring og lave-ilt "døde zoner" i vandveje eller forurene drikkevandet. Det er dog ikke altid let at overvåge nitratkoncentrationer, fordi meget af landbrugets afstrømning er i fjerntliggende landbrugsjord eller i mudrede grøfter, og prøver skal sendes til et laboratorium til behandling. Så forskere udvikler måder at gøre dette på med fjernstyrede-enheder.
Hvordan laboratoriet-på-en-drone fungerer
Jonathan Claussen og kolleger ønskede at lave et sådant laboratorium-på-en-drone til overvågning af næringsstofforurening, der var billigere og mere effektivt end de eksisterende muligheder.
Forskerne designede en tilpasset pumpe,-billige elektrokemiske nitratsensorer og en potentiometrisk enhed til hurtigt og nemt at kvantificere nitratkoncentrationer. Derefter monterede de udstyret på en kommercielt tilgængelig drone. Et langt rør under dronen trak vand ind i mini-laboratoriet, hvor det blev analyseret i luften på cirka syv minutter.
Dronen gemte alle resultater på et indbygget hukommelseskort til senere udlæsning og analyse, og den var i stand til at behandle flere prøver før landing.
Ydelse og fremtidige applikationer
I test registrerede forskernes sensorsystem nitratkoncentrationer ned til 2,5 ppm og var 95 % lige så nøjagtige som et typisk-laboratoriebaseret elektrokemisk nitratdetektionssystem.
I en dræningsgrøft på et landbrugssted i Iowa fandt laboratoriet-på-en-drone gennemsnitlige nitratkoncentrationer på 5,39 ppm, hvilket er i overensstemmelse med tidligere målinger foretaget i området og under det maksimale niveau på 10 ppm for drikkevand fastsat af US Environmental Protection Agency.
Holdet forklarer, at dets nye system gør overvågning af nitratforurening nemmere end før og præsenterer grundlaget for fremtidig laboratorie-om-a-droneapplikationer i landbruget, såsom overvågning af bakterier eller pesticidforurening i vandveje.
Forfatterne har indgivet et amerikansk patent relateret til dette værk.
Flere oplysninger:Lab-på-en-Drone: Real-elektrokemisk sansning af nitrat i landbrugsvandskel,ACS sensorer(2025). DOI: 10.1021/acssensors.5c02620
Leveret af American Chemical Society
