Что, если вместо того, чтобы доставлять образцы воды или почвы в лабораторию, можно было бы доставить лабораторию к образцу? Именно это сделала группа исследователей, опубликовавших отчёт в журнале ACS Sensors, разработав новую систему мониторинга нитратов «лаборатория на дронах». Дрон позволяет легко брать пробы воды и проводить анализ в режиме реального времени в труднодоступных местах, таких как крутые канавы или болотистые низины.
Технология может помочь фермерам оптимизировать использование удобрений и предотвратить загрязнение водоёмов из-за избыточного выноса нитратов.
Удобрения, содержащие азот, являются важным компонентом современного сельского хозяйства, но большая их часть уносится с полей дренажными системами.
Значительная часть оставшегося азота превращается в нитраты, которые могут вызывать цветение водорослей и создавать «мёртвые зоны» с низким содержанием кислорода в водоёмах или загрязнять питьевую воду. Однако мониторинг концентрации нитратов не всегда прост, поскольку большая часть сельскохозяйственных стоков приходится на удалённые сельскохозяйственные угодья или на заболоченные канавы, а образцы необходимо отправлять в лабораторию для обработки. Поэтому исследователи разрабатывают способы сделать это с помощью дистанционно управляемых устройств.
Джонатан Клауссен и его коллеги хотели создать недорогую и эффективную лабораторию на дронах для мониторинга загрязнения питательными веществами, более дешёвую и эффективную, чем существующие варианты.
Исследователи разработали специальный насос, недорогие электрохимические датчики нитратов и потенциометрическое устройство для быстрого и лёгкого количественного определения концентрации нитратов. Затем они установили оборудование на коммерчески доступном дроне. Длинная трубка под дроном засасывала воду в мини-лабораторию, где она анализировалась в воздухе примерно за семь минут.
Дрон сохранял все результаты на бортовой карте памяти для последующего считывания и анализа и мог обрабатывать несколько проб до посадки.
В ходе испытаний сенсорная система исследователей определяла концентрацию нитратов до 2,5 частей на миллион (ppm) и была на 95% такой же точной, как типичная лабораторная электрохимическая система обнаружения нитратов.
В дренажной канаве на сельскохозяйственном объекте в Айове лаборатория на дронах обнаружила средние концентрации нитратов 5,39 ppm, что соответствует предыдущим измерениям, проведённым в этом районе, и ниже максимального уровня в 10 ppm для питьевой воды, установленного Агентством по охране окружающей среды США.
Команда объясняет, что их новая система упрощает мониторинг загрязнения нитратами и представляет основу для будущих применений лабораторий на дронах в сельском хозяйстве, таких как мониторинг бактерий или загрязнения пестицидами в водоёмах. Авторы подали заявку на патент США, связанный с этой работой.
Предоставлено Американским химическим обществом.