Измерение свинца в водопроводной воде с портативным XRF

Доктор Мария Либерман, химик-аналитик из Университета Нотр-Дам, ехала на работу в начале 2017 года, когда услышала историю, которая изменила ход ее работы. Радио-ведущий поделился расследованием Reuters, которое показало, что в тысячах районов США отравление свинцом было хуже, чем во Флинте, штат Мичиган.

Либерман вспоминает подробности: “Они обнаружили общедоступные данные об уровне содержания свинца в крови детей в округах по всей стране. В статье были ссылки и карты, чтобы увидеть, как оценивается каждый округ. Но мне не нужно было переходить по этим ссылкам, потому что Саут-Бенд был назван одним из городов с большим количеством детей, у которых повышенный уровень свинца в крови”.

В докладе говорилось, что в переписном тракте №6 Саут-Бенда, в полутора милях от кампуса Нотр-Дам, “31 процент маленьких детей, протестированных с 2005 по 2015 год, имели высокие уровни – более чем в шесть раз выше показателя Флинта в прошлом году.”

Узнав, что это происходит в окрестностях Нотр-Дама, Либерман отложила свое обычное исследование по обнаружению поддельных лекарств и сразу же принялась за исследование того, что она может сделать с проблемой уровня свинца. Либерман была не единственным преподавателем, который услышал эту историю и был взволнован.

“Мы обнаружили, что была небольшая группа примерно из пяти преподавателей, которые работали над различными аспектами экологической опасности свинца в Саут-Бенде”, – говорит она. Команда Notre Dame Lead Innovations обнаружила, что один из основных способов, которым штат Индиана обнаруживает свинец в окружающей среде, – это когда ребенок получает отравление свинцом. Затем департамент здравоохранения проведет оценку опасности для дома.

“Если бы я предложила в заявке на исследования, что мы будем использовать детей для выявления свинца, IRB (Institutional Review Board) никогда не согласился бы с этим. Но именно так, по существу, многие государства обнаруживают свинец в окружающей среде. Мы чувствовали, что могли бы улучшить это”, – говорит Либерман.

Применение портативного рентгено-спектрального анализа (XRF)

Поскольку люди не способны видеть свинец, команда Нотр-Дам должна была найти способ собрать общие улики. Для образцов краски, пыли и почвы Либерман и ее коллеги создали наборы научных материалов, принятых от граждан. Но измерение свинца в водопроводной воде было совершенно другой проблемой. В настоящее время нет способа сделать тест домашней воды. Человек должен собрать пробу воды и затем отправить ее в лабораторию, где аналитики проводят эксперимент с индуктивно связанной плазмой (ICP) с помощью дорогостоящего прибора, достаточно чувствительного для измерения свинца.

SciAps handheld XRF
Портативный XRF спектрометр от SciAps

Но благодаря исследованиям и многочисленным испытаниям Либерман и ее аспирантка Меганн Тиг создали метод испытания свинца в воде с использованием двухлитровой бутылки и специального угольного фильтра, который собирает свинец при прохождении через него воды. Оставшаяся трудность заключалась в поиске лучшего способа проверить эти образцы на свинец. Либерман использовала портативный SciAps XRF для других исследовательских проектов и решила попробовать его на этих образцах.

“Мы обнаружили, что наш тест угольного фильтра с помощью SciAps XRF почти так же чувствителен, как и ICP. Наш предел обнаружения для угольного фильтра и двухлитровой пробы воды составлял около шести частей на миллиард в воде, а наш ICP снизился до трех частей на миллиард. Для портативного прибора это довольно хорошо”, – говорит она.

Теперь они могут проводить испытания фильтров для воды прямо на месте. Технология SciAps изменила правила игры.

В поисках источника

Нигде в округе нет карты, которая определяет, где находятся проблемы со свинцом в системе водоснабжения, но где-то между источником и кухонной раковиной свинец попадает в воду.

“В большинстве городов, если водопровод достаточно старый, есть старые питающие линии, которые сделаны из свинца, и эти трубы обильно покрыты пассивирующим слоем, чтобы свинец не растворялся в воде. Но если что-то повредит слой пассивации, свинец может начать вымываться в воду, затрагивая тысячи людей в системе”, – говорит она.

Однако могут быть и более локализованные проблемы. В старых домах свинец может выщелачиваться в воду, пока он находится в трубах в течение ночи. Первая вода, которая выходит из крана, может иметь уровень свинца выше предела Агентства по охране окружающей среды (EPA), на уровне 23 частей на миллиард. Но если человек пропускает воду в течение трех минут, то эта вода будет смыта. В этот момент содержание свинца может составлять всего лишь две или три части на миллиард. Наличие набора угольных фильтров и XRF в доме может определить, является ли проблема в доме или частью более крупной системы, что приводит к конечной цели Либерман.

“Если мы сможем привлечь больше людей к участию в этих испытаниях, мы могли бы нарисовать карту и выяснить, какие части водопроводной системы имеют высокое содержание свинца, а какие не являются проблемой, и регулярно отслеживать состояние системы водоснабжения. Мы просто должны выяснить, как попросить людей деле сделать этот тест и как быстро анализировать тысячи образцов, чтобы мы могли быстро получать результаты”, – говорит она.

Школа за школой

Одним из решений могут стать научные лаборатории в школах и колледжах. Многие ученики уже проводят тестирование на жесткость воды и уровень pH, поэтому добавление свинца в тест станет простым дополнением. Либерман уже начала воплощать эту цель в жизнь, недавно работая с частной средней школой в Нью-Йорке, где ей удалось собрать около 100 проб воды.

“Мы фактически нашли два образца, которые были выше предела EPA, и еще два образца, которые были довольно близки к нему, используя тесты угольного фильтра. Мы действительно заинтересованы в том, чтобы увидеть, как это согласуется с выводами Нью-Йоркского водного управления”, – говорит Либерман. (Жители Нью-Йорка могут протестировать свою воду бесплатно определенное количество раз в год, но ученики, которые нашли свинец в своей воде, еще не получили результаты своих государственных тестов.)

Либерман смогла принести спектрометр SciAps XRF в классную комнату средней школы, чтобы ученики могли наблюдать за работой XRF и сразу же увидеть результаты. Либерман провела все испытания сама, потому что пользователи XRF должны быть обучены тому, как пользоваться инструментом и носить кольцевой значок, который контролирует воздействие излучения. “XRF не является опасным инструментом, но он все еще производит рентгеновское излучение, локализованное прямо в сопле инструмента”, – говорит она.

В Нотр-Дам, ученикам, прошедшим класс радиационной безопасности и получившим значок в виде кольца, разрешается использовать инструмент самостоятельно и использовать его для других исследовательских проектов. Например, для обнаруживая, что все еще существуют краски для волос с высоким содержанием свинца.

Для Либерман было захватывающим увидеть результаты научного приборостроения и внести изменения в ее сообщество. “Обнаружение свинца – это важный проект. Я рада, что SciAps делает XRF анализаторы, который выполняет эту работу.”

Источник: https://www.sciaps.com/measuring-lead-in-tap-water-with-handheld-xrf/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *