- 基于 MOF 的水質檢測傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2021/12/8
技術演示設計中使用的概念：識別當?shù)厝丝诘乃|問題，修改棉花以發(fā)出指示氟化物含量的光，技術演示設計和構建，以及將氟化物水平轉移到要處理的智能手機并分享。圖片來源：2021，信州大學木村實驗室
聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標第 6 項解決了所有人獲得清潔水和衛(wèi)生設施的需求。在世界范圍內，三分之一的人無法獲得安全的飲用水，五分之二的人沒有使用肥皂和水的基本洗手設施。
水質還與溶解元素有關。在氟化物的情況下，建議控制量以保護牙齒，例如包含在牙膏中。較高的水平會導致氟中毒，干擾牙釉質的形成，糾正骨骼的生長，并導致脊柱和關節(jié)的嚴重畸形。在沒有適當供水網(wǎng)絡的農村地區(qū)，水中氟化物濃度較高的發(fā)生率較高。
水源中的氟化物具有地質成因而非人為來源——水中的氟化物濃度由河床中的地質構造決定。因此，受影響地區(qū)的氟化物分布可能不均勻，安全和不安全氟化物水平的水源可能彼此接近。在這種情況下，當?shù)鼐用窨梢酝ㄟ^配備特定設備來檢測水中氟化物含量并幫助他們飲用安全水來解決氟化物問題。
氟化物檢測設備成本中等偏高，需要培訓才能有效使用。對于農村地區(qū)的人口來說，這筆費用是負擔不起的。出于這些原因，信州大學木村睦美教授和 Eugenio Otal 博士領導的小組決定開發(fā)負擔得起的便攜式設備，可以以簡單的方式以低成本檢測氟化物。他們的研究最近發(fā)表在《Chemistry-A European Journal》上。開發(fā)的技術演示的成本約為 23 美元，但如果擴大生產，這個價格可以降低到一半以下。主要成本與對許多測定有用的電子設備有關。
基于鑭系元素的金屬有機框架 (MOF) 為氟化物傳感提供了良好的平臺，因為它們對氟化物具有高親和力，并且在可見光譜中具有強發(fā)射。氟化物對鑭系元素的強親和力將 MOF 轉化為相應的氟化物，從而淬滅鑭系元素熒光。這種強度變化可用于確定飲用水中的氟化物含量。信州大學的研究人員選擇棉花作為其親水性的基材，可以與多孔 MOF 產生良好的協(xié)同作用，并可以很好地控制引入裝置中的液體樣品量，從而使結果具有可重復性并簡化了以前使用的系統(tǒng)。
這些創(chuàng)新與該集團之前的發(fā)展相兼容，這些發(fā)展于今年 1 月發(fā)表在ACS-Sensors上。在上一篇文章中，他們展示了基于 Arduino 微控制器的電子平臺，該平臺使用智能手機作為電源和數(shù)據(jù)采集平臺。這項創(chuàng)新消除了電池和屏幕，降低了成本，并允許將氟化物定量信息直接傳輸?shù)街悄苁謾C。設備中使用的Arduino代碼也可以根據(jù)當?shù)厝丝诘囊筮M行修改。
為了傳輸信息，開發(fā)了一個友好的圖形界面（hello.fridie.de/zensorics-app/），它從智能手機 GPS收集氟化物定量數(shù)據(jù)、時間、日期和位置，并通過電子郵件、短信、 WhatsApp 或任何即時消息服務都將包含在安全用水地圖中，以便與當?shù)仄渌丝诠蚕怼?/p>
這個新穎的系統(tǒng)實現(xiàn)了 4.0 工業(yè)概念，它是 3D 可打印的、Arduino 可編程的、開源的，并且該設備可以本地生產和分布式。所有這些創(chuàng)新產生了一種低成本的設備，可以由未經培訓的用戶輕松操作。
下一步是實現(xiàn)性能更好的 MOF。實際系統(tǒng)使用 UV LED 來激發(fā)鑭系元素 MOF 并檢測綠色發(fā)射。第一作者 Eugenio Otal 說：“我們開發(fā)了這種 MOF 的改進，它可以用可見光激發(fā)，信號將在紅外線中被檢測到。這項創(chuàng)新可以降低電子設備的成本，并在紅外線中使用更便宜、更靈敏的探測器電磁波譜區(qū)�！�
他們的最終目標是使用他們在此處使用的相同概念開發(fā)一種便攜式水質設備，根據(jù)每個地區(qū)的要求使其模塊化，并為聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標的目標 6：確保獲得水和使用便攜式且價格合理的設備，實現(xiàn)所有人的衛(wèi)生。
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