Российские исследователи создали метод определения вредных веществ в воде с применением смартфона. Для этого из водной пробы получают концентрат с помощью специализированного картриджа, а затем осуществляют колориметрию — измерение концентрации компонентов по интенсивности окраски раствора, фиксируемой камерой устройства. Сейчас ученые предлагают этим способом обнаруживать превышение допустимого уровня химиката, используемого для осаждения взвеси. В дальнейшем данный подход может применяться для выявления различных загрязнений и примесей, сообщили «Известиям» специалисты.

Как проверить качество воды с помощью смартфона

Специалисты Санкт-Петербургского государственного университета разработали метод анализа содержания в воде химического вещества, опасного для здоровья. Предложенный способ основан на использовании новых растворителей и колориметрии — определении концентрации веществ по интенсивности окраски жидкости через камеру смартфона. Этот подход способен заменить дорогостоящие и токсичные методы, применяемые сегодня.

Экологическое состояние и здоровье человека сильно зависят от качества воды, поэтому важно очищать сточные и питьевые воды, пояснили «Известиям» исследователи. Одним из этапов очистки является удаление нерастворимых взвешенных частиц. Для этого используют коагулянты и флокулянты — вещества, которые объединяют мелкие частицы в сгустки.

Фото: СПбГУ

Для таких целей применяют катионный полиэлектролит полидиаллилдиметиламмоний хлорид, или полиДАДМАХ. Большая часть этого соединения задерживается при фильтрации и не проходит дальше по ступеням очистки. Однако при превышении допустимых концентраций флокулянт может оставаться в воде, что опасно для человека.

По словам ученых, полиДАДМАХ сам по себе относится к веществам с низким уровнем экологической опасности. Тем не менее превышение концентраций способно привести к появлению побочных соединений, например N-нитрозодиметиламина, являющегося канцерогеном. Поэтому важно контролировать эффективность очистки и безопасность воды для потребления.

Существующие методы определения содержания данного вещества обладают недостаточной чувствительностью, требуют дорогого лабораторного оборудования и применения токсичных или дорогостоящих реагентов. Как пояснила профессор кафедры аналитической химии СПбГУ Ирина Тимофеева, при контроле качества воды важно оперативно получать данные прямо на месте анализа, чтобы быстро реагировать на отклонения от нормы.

Ученые СПбГУ разработали новый метод, при котором исследование воды возможно с применением смартфона. По словам Ирины Тимофеевой, методика позволяет выявлять вещество даже при концентрациях ниже установленного предела. Анализ можно проводить вне лабораторий, используя градуировочный график для оценки интенсивности окраски концентрата, зафиксированной камерой смартфона.

— Для проверки эффективности метода мы проанализировали реальные образцы: питьевую, водопроводную и очищенную сточную воду. Все пробы содержали полиДАДМАХ в малых дозах, — рассказала «Известиям» лаборант-исследователь кафедры аналитической химии СПбГУ Алена Антонова.

Перспективы технологии

Разработанный тест включает последовательное прохождение образца воды через картриджи с ионообменной смолой и ватой для удаления мешающих веществ: полиДАДМАХ адсорбируется на ватном фильтре, не загрязняя остальные части. Затем концентрат анализируют камерой смартфона. Для колориметрии применяются специальные мобильные приложения, доступные бесплатно, сообщили «Известиям» ученые. В будущем подобные методы планируется адаптировать для определения других веществ, над чем уже ведутся работы.

Предложенный способ пригоден для экологического мониторинга природных вод на содержание катионных полиэлектролитов, обеспечивая высокую чувствительность и селективность, отметила директор мегафакультета наук о жизни и НОЦ инфохимии ИТМО Екатерина Скорб.

— Благодаря невысокой цене и простоте исполнения метод интересен для применения в системах раннего предупреждения и в программах общественного контроля качества воды, — добавила она.

Фото: СПбГУ

Для колориметрии чаще всего используют фотоколориметр, цена которого сопоставима со стоимостью смартфона, однако его точность и чувствительность выше, отметил для «Известий» доктор химических наук, директор Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ имени Н.Э. Баумана Евгений Александров.

— Данный способ можно назвать более доступным, но для домашнего применения он слишком сложен, требует нескольких этапов обработки пробы и специальных реактивов. В плане переносимости метод удобен, так как смартфон гораздо компактнее и легче фотоколориметра, — пояснил эксперт.

Использование ионообменной смолы и картриджей — это лабораторная процедура, не просто работа со смартфоном. Как осуществлять это в полевых условиях, пока неясно, отметил разработчик образовательных программ, председатель комиссии по наставничеству «Опоры России», эксперт Клубов мышления Национальной технологической инициативы Александр Васенев.

Итоги исследования опубликованы в научном издании Analytica Chimica Acta.