Denne dronen har et lite laboratorium designet for å måle nitratkonsentrasjoner i vannveier som er vanskelige-til-. Kreditt: Nathan Jared
Hva om du, i stedet for å ta en vann- eller jordprøve til laboratoriet, kunne ta laboratoriet til prøven? Det er hva et team av forskere rapporterer iACS-sensorergjort med et nytt nitrat-overvåking "lab-på-en-drone"-system. Dronen gjør det enkelt å ta-vannprøver og analyser i sanntid i områder som er vanskelig-å-tilgjengelig som bratte grøfter eller sumpete lavland.
Abonner på nyhetsbrevet vårt for de siste vitenskapelige-tekniske nyhetsoppdateringene.
Teknologien kan hjelpe bønder med å optimalisere bruken av gjødsel og forhindre vannveisforurensning fra overflødig nitratavrenning.
Hvorfor nitratovervåking er viktig
Nitrogenholdig-gjødsel er en viktig komponent i moderne landbruk, men det meste blir ført bort fra åkrene av vannavløpssystemer.
En god del av dette resterende nitrogenet blir omdannet til nitrat, som kan forårsake algeoppblomstring og lave-oksygen "døde soner" i vannveier eller forurense drikkevann. Det er imidlertid ikke alltid lett å overvåke nitratkonsentrasjoner fordi mye av landbruksavrenningen er i fjerntliggende jordbruksland eller i gjørmete grøfter, og prøver må sendes til et laboratorium for behandling. Så forskere utvikler måter å gjøre dette på med fjernstyrte-enheter.
Hvordan laboratoriet-på-en-drone fungerer
Jonathan Claussen og kollegene ønsket å lage en slik lab-på-en-drone for å overvåke næringsforurensning som var rimeligere og mer effektiv enn de eksisterende alternativene.
Forskerne designet en tilpasset pumpe,-lavpris elektrokjemiske nitratsensorer og en potensiometrisk enhet for å kvantifisere nitratkonsentrasjoner raskt og enkelt. Deretter monterte de utstyret på en kommersielt tilgjengelig drone. Et langt rør under dronen trakk vann inn i mini-laben, hvor det ble analysert i luften på omtrent syv minutter.
Dronen lagret alle resultater på et innebygd minnekort for senere avlesning og analyse, og den var i stand til å behandle flere prøver før landing.
Ytelse og fremtidige applikasjoner
I tester oppdaget forskernes sensorsystem nitratkonsentrasjoner ned til 2,5 deler per million (ppm) og var 95 % like nøyaktig som et typisk-laboratoriebasert elektrokjemisk nitratdeteksjonssystem.
I en dreneringsgrøft på et landbrukssted i Iowa fant laboratoriet-på-en-drone gjennomsnittlige nitratkonsentrasjoner på 5,39 ppm, som er i samsvar med tidligere målinger gjort i området og under 10 ppm-grenseverdien for drikkevann satt av US Environmental Protection Agency.
Teamet forklarer at det nye systemet gjør overvåking av nitratforurensning enklere enn før, og presenterer grunnlaget for fremtidig laboratorie-på-a-droneapplikasjoner i landbruket, for eksempel overvåking av bakterier eller forurensning av plantevernmidler i vannveier.
Forfatterne har innlevert et amerikansk patent relatert til dette verket.
Mer informasjon:Lab-på-en-drone: sann-elektrokjemisk registrering av nitrat i landbruksvann,ACS-sensorer(2025). DOI: 10.1021/acssensors.5c02620
Levert av American Chemical Society
