โดรนลำนี้มีห้องปฏิบัติการเล็กๆ ที่ออกแบบมาเพื่อวัดความเข้มข้นของไนเตรตในทางน้ำที่-เข้าถึง-ได้ยาก เครดิต: นาธาน จาเร็ด
จะเป็นอย่างไรหาก แทนที่จะนำตัวอย่างน้ำหรือดินไปที่ห้องปฏิบัติการ คุณสามารถนำห้องปฏิบัติการไปดูตัวอย่างได้? นั่นคือสิ่งที่ทีมนักวิจัยรายงานมาเอซีเอสเซ็นเซอร์ทำกับไนเตรตใหม่-ในการตรวจสอบ "ห้องปฏิบัติการ-บน-ระบบ-โดรน" โดรนช่วยให้การเก็บตัวอย่างน้ำและการวิเคราะห์น้ำแบบเรียลไทม์-ง่ายดายในพื้นที่-ถึง-การเข้าถึงยาก เช่น คูน้ำที่สูงชันหรือพื้นที่ลุ่มแอ่งน้ำ
สมัครรับจดหมายข่าวของเราเพื่อรับข่าวสารล่าสุดเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์-เทคโนโลยี
เทคโนโลยีนี้สามารถช่วยให้เกษตรกรเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ปุ๋ยและป้องกันมลพิษทางน้ำจากการไหลบ่าของไนเตรตที่มากเกินไป
เหตุใดการตรวจสอบไนเตรตจึงมีความสำคัญ
ปุ๋ยที่มีไนโตรเจน-เป็นองค์ประกอบสำคัญของการเกษตรสมัยใหม่ แต่ส่วนใหญ่จะถูกลำเลียงออกจากทุ่งนาโดยระบบระบายน้ำ
ไนโตรเจนที่เหลือในปริมาณมากนี้จะกลายเป็นไนเตรต ซึ่งอาจทำให้สาหร่ายบานและ- "เขตตาย" ของออกซิเจนในน้ำต่ำหรือทำให้น้ำดื่มปนเปื้อน อย่างไรก็ตาม การตรวจสอบความเข้มข้นของไนเตรตไม่ใช่เรื่องง่ายเสมอไป เนื่องจากการไหลบ่าทางการเกษตรส่วนใหญ่อยู่ในพื้นที่เกษตรกรรมห่างไกลหรือในคูโคลน และตัวอย่างจะต้องถูกส่งไปยังห้องปฏิบัติการเพื่อดำเนินการ ดังนั้น นักวิจัยกำลังพัฒนาวิธีการดังกล่าวด้วยอุปกรณ์ควบคุมระยะไกล-
วิธีการทำงานของห้องปฏิบัติการ-บน-a-โดรน
Jonathan Claussen และเพื่อนร่วมงานต้องการสร้างห้องปฏิบัติการดังกล่าว-บน-โดรน-เพื่อติดตามมลพิษทางสารอาหารซึ่งมีราคาถูกกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าตัวเลือกที่มีอยู่
นักวิจัยได้ออกแบบปั๊มแบบกำหนดเอง เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีไนเตรต-ราคาประหยัด และอุปกรณ์โพเทนชิโอเมตริกเพื่อวัดปริมาณความเข้มข้นของไนเตรตอย่างรวดเร็วและง่ายดาย จากนั้นพวกเขาก็ติดตั้งอุปกรณ์บนโดรนที่มีจำหน่ายทั่วไป ท่อยาวใต้โดรนดึงน้ำเข้าไปในห้องทดลองขนาดเล็ก- ซึ่งจะถูกวิเคราะห์กลางอากาศ-ในเวลาประมาณเจ็ดนาที
โดรนบันทึกผลลัพธ์ทั้งหมดไว้ในการ์ดหน่วยความจำในตัวเพื่ออ่านและวิเคราะห์ในภายหลัง และสามารถประมวลผลตัวอย่างได้หลายตัวอย่างก่อนที่จะลงจอด
ประสิทธิภาพและการใช้งานในอนาคต
ในการทดสอบ ระบบเซ็นเซอร์ของผู้วิจัยตรวจพบความเข้มข้นของไนเตรตจนถึง 2.5 ส่วนต่อล้าน (ppm) และมีความแม่นยำ 95% เท่ากับระบบตรวจจับไนเตรตเคมีไฟฟ้าในห้องปฏิบัติการทั่วไป-
ในคูระบายน้ำในพื้นที่เกษตรกรรมในรัฐไอโอวา ห้องปฏิบัติการ-บน-a-โดรนพบความเข้มข้นของไนเตรตเฉลี่ยที่ 5.39 ppm ซึ่งสอดคล้องกับการตรวจวัดก่อนหน้านี้ในพื้นที่และต่ำกว่าระดับสูงสุด 10 ppm สำหรับน้ำดื่มที่กำหนดโดยหน่วยงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมของสหรัฐอเมริกา
ทีมงานอธิบายว่าระบบใหม่ทำให้การตรวจสอบมลพิษไนเตรตง่ายกว่าที่เคย และนำเสนอพื้นฐานสำหรับห้องปฏิบัติการในอนาคต-บน-การใช้งานโดรน-ในการเกษตร เช่น การตรวจสอบแบคทีเรียหรือการปนเปื้อนของยาฆ่าแมลงในน้ำ
ผู้เขียนได้ยื่นสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาที่เกี่ยวข้องกับงานนี้
ข้อมูลเพิ่มเติม:ห้องปฏิบัติการ-บน-a-โดรน: การตรวจจับไนเตรตทางเคมีไฟฟ้าตามเวลาจริง-ในลุ่มน้ำเกษตรกรรมเอซีเอสเซ็นเซอร์(2025). ดอย: 10.1021/acssensors.5c02620
จัดทำโดยสมาคมเคมีอเมริกัน
