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咖啡环效应有助于分析自来水

你的水中有什么?”对于美国和世界各地的许多人来说,已经成为一个越来越令人担忧的问题。得到答案并不总是容易或便宜。今天,科学家们报告他们正在使用熟悉的“咖啡环效应”,轻松,快速,廉价地分析一滴水中的多种成分。有一天,公众可以用这种方法测试自己的自来水。

研究人员正在美国化学学会(ACS)第254届全国会议和博览会上展示他们的作品。世界上最大的科学协会ACS将在周四举行会议。它包含近9,400个关于各种科学主题的演讲。

简而言之,咖啡环效应是一种熟悉的现象,当水蒸发时,水滴中的颗粒倾向于集中在液滴的边缘周围。“但咖啡环效应留给现实世界自来水样品的模式对于每个水源来说都更为复杂和独特,”Rebecca Lahr博士说。“那里有大量的信息需要分析。自来水的残留模式就像指纹,可用于识别样本中的内容。“

拉尔指出,近​​年来,密歇根州弗林特等城市的公共卫生问题才出现;华盛顿特区;俄亥俄州托莱多;西弗吉尼亚州的查尔斯顿,在人们食用受污染的自来水之后。她说,这些经验表明需要改进水质监测技术。

自从攻读博士学位以来,拉尔一直在研究咖啡环效应。论文,最初用它来浓缩水中的毒素,用于后续的光谱分析。现在,她正在密歇根州立大学的实验室中应用它,以帮助公众更多地了解他们的水龙头产生的液体。事实证明,水样留下的独特图案提供了有关水溶性固体,硬度,碱度和金属离子的含量和性质的信息。确定样品中的每个项目传统上需要不同的分析方法。这些单独测试的成本增加了。“如果你担心自己的饮用水,那么看一下水测试费用表来确定要进行哪些水质测试可能会非常困难,”拉尔指出。

为进行咖啡环分析,Lahr,研究生Xiaoyan Li和本科生Selett Allen和Alyssa Sanderson在低成本铝基材上干燥各种自来水样品的液滴。然后,他们用便宜的珠宝商的放大镜用手机拍摄了所产生的咖啡环效果。经过多次实验,他们获得了密歇根州南部社区自来水的可重复残留模式。他们还创造了合成自来水解决方案,模仿社区自来水,具有不同的硬度,碱度,钠,氯,硫酸盐,总溶解固体,铁和铜。

Lahr说,目标是“创建一个由已知水样的咖啡环效应产生的模式库,可用于识别未知样品的模式。”她还致力于自动比较未知水样的程序去图书馆。

那么,咖啡环效应是否可用于识别弗林特供水的铅污染问题?“现在说还为时过早,”拉尔回应道。“这里的想法是开发一种更快,更便宜的方法来筛选样品,以便在进行进一步分析时产生红旗。这种方法不具备标准分析技术的灵敏度,但价格便宜得多。“

她指出,咖啡环效应也可以在课堂上使用,作为让学生对环境科学感到兴奋的一种方式。“我对它作为一种教育工具的强大程度感到惊讶,”她说。“学生自带样品,很快就能看到留下的图案差异。”

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