Измерение свинца в водопроводной воде с помощью портативного XRF

Доктор Мария Либерман, химик-аналитик из Университета Нотр-Дам, ехала на работу в начале 2017 года, когда услышала историю, которая изменила ход ее работы. NPR опубликовало расследование Reuters, в котором говорится, что в тысячах районов США наблюдается более серьезное отравление свинцом, чем во Флинте, штат Мичиган. В том числе рядом в Саут-Бенд.

Либерман вспоминает подробности: «Они нашли общедоступные данные об уровнях свинца в крови детей в округах по всей стране. В статье были ссылки и карты, чтобы увидеть, как оценивается каждый округ, но мне не нужно было переходить по ссылке, потому что Саут-Бенд был назван одним из городов с высоким уровнем детей с повышенным уровнем свинца в крови ».

В отчете говорится, что в переписном участке 6 Саут-Бенда, в полутора милях от кампуса Нотр-Дама, «31 процент маленьких детей, прошедших тестирование с 2005 по 2015 год, имели высокие уровни – более чем в шесть раз больше, чем у Флинта в прошлом году».

Либерман отложила свои обычные исследования по обнаружению поддельных фармацевтических препаратов и немедленно приступила к изучению того, что она может сделать с проблемой уровня свинца. Либерман был не единственным преподавателем, который услышал эту историю и начал действовать.

«Мы обнаружили, что небольшая группа из пяти преподавателей занималась различными аспектами опасности свинца для окружающей среды в Саут-Бенде», – говорит она. В Нотр – Дам Свинцовые Инновации Команда обнаружила , что один из основных способов , что состояние окружающей среды Индиана обнаруживает свинец , когда ребенок получает отравление свинцом. Затем отдел здравоохранения проведет оценку домашнего риска.

«Если бы я предложил в предложении об исследовании использовать детей для обнаружения свинца, IRB (институциональный наблюдательный совет) никогда с этим не согласился бы. Но именно так многие штаты обнаруживают свинец в окружающей среде. Мы чувствовали, что можем добиться большего, – говорит Либерман.

Измерение содержания свинца в водопроводной воде с помощью портативного XRF-

анализа Команде Нотр-Дама нужно было собрать общие загрязнители. Для образцов краски, пыли и почвы Либерман и ее коллеги создали наборы для сбора научных материалов. Но измерение содержания свинца в водопроводной воде было совершенно другим вопросом. В настоящее время нет возможности сделать тест на воду в доме. Человек должен собрать образец воды и затем отправить его в лабораторию, где аналитики проводят эксперимент с индуктивно связанной плазмой (ИСП) с помощью дорогостоящего прибора, достаточно чувствительного для измерения содержания свинца.

Но благодаря исследованиям и многочисленным испытаниям Либерман и ее аспирантка Меганн Тиг создали метод проверки содержания свинца в воде с использованием двухлитровой бутылки и специального угольного фильтра, который собирает свинец по мере прохождения воды. Оставшаяся трудность заключалась в том, чтобы найти лучший способ проверить эти образцы на содержание свинца. Либерман использовал портативный XRF SciAps для других исследовательских проектов и опробовал его на образцах.

«Мы обнаружили, что наш тест с угольным фильтром с помощью SciAps XRF почти так же чувствителен, как и ICP. Наш предел обнаружения для угольного фильтра и двухлитровой пробы воды составлял около шести частей на миллиард воды, а наш ICP снижается до трех частей на миллиард. Для портативного инструмента это неплохо », – говорит она.

Теперь они могут проводить тестирование фильтров для воды на месте. Технология SciAps изменила правила игры.

В поисках источника

Нигде в стране нет карты, на которой указывается местонахождение проблем со свинцом в системе водоснабжения, но где-то между источником и кухонной раковиной свинец попадает в воду.

«В большинстве городов, если водопровод достаточно старый, есть старые питающие линии, сделанные из свинца, и эти трубы хорошо покрыты пассивирующим слоем, чтобы свинец не растворялся в воде. Но если что-то повредит пассивирующий слой, свинец может начать вымываться в воду, что затронет тысячи людей в системе », – говорит Либерман.

Однако могут быть и более локальные проблемы. В старых домах свинец может вымываться в воду в течение ночи, пока он находится в трубах. Первая вода, выходящая из крана, может иметь уровень свинца, превышающий установленный Агентством по охране окружающей среды предел – 23 части на миллиард. Но если человек запускает воду в течение трех минут, эта вода вымывается. В этот момент содержание лида может составлять всего две или три части на миллиард. Использование набора угольных фильтров и XRF в домашних условиях может определить, в доме ли проблема или в части более крупной системы, что приводит к конечной цели Либермана.

«Если мы сможем привлечь больше людей к участию в этих тестах, мы сможем нарисовать карту и выяснить, какие части водной системы содержат большое количество свинца, а какие части не являются проблемой, и регулярно контролировать состояние водной системы. . Нам просто нужно выяснить, как заставить людей действительно пройти этот тест и как быстро проанализировать тысячи образцов, чтобы мы могли быстро получить результаты », – говорит она.

Школа за школой

Один из способов – через научные лаборатории начальной и средней школы. Многие студенты уже тестируют воду на жесткость и уровень pH, поэтому добавить свинец в тест – несложное дополнение. Либерман уже начала реализовывать эту цель, недавно работая с частной средней школой в Нью-Йорке, где ей удалось собрать около 100 проб воды.

«Мы действительно нашли два образца, которые превышали предел EPA, и еще два образца, которые были довольно близки к нему, используя тесты с угольным фильтром. Мы действительно заинтересованы в том, чтобы увидеть, как это согласуется с выводами Управления водного хозяйства Нью-Йорка », – говорит Либерман. (Жители Нью-Йорка могут бесплатно проверять воду определенное количество раз в год, но учащиеся, обнаружившие в воде свинец, еще не получили результаты своих государственных тестов.)

Либерман смог принести XRF SciAps в класс средней школы, чтобы ученики могли наблюдать за работой XRF и сразу видеть результаты. Либерман провел все испытания, потому что пользователи XRF должны быть обучены тому, как пользоваться прибором, и носить кольцевой значок, который отслеживает воздействие радиации. «XRF не является опасным прибором, но он по-прежнему производит рентгеновское излучение, локализованное прямо на сопле прибора», – говорит она.

В Нотр-Дам студентам, прошедшим класс радиационной безопасности и получившим значок на кольце, разрешается использовать прибор самостоятельно и использовать его для других исследовательских проектов, например, для обнаружения того, что все еще существуют потребительские краски для волос с высоким содержанием свинца.

Для Либерман было очень интересно увидеть результаты использования научных инструментов и изменить свое сообщество к лучшему. «Выявление потенциальных клиентов – важный проект. Я рад, что SciAps делает XRF, который выполняет свою работу ».