"Labor-Drohne" schickt Wissenschaft in den Himmel, um die stinkende Luftverschmutzung zu verfolgen
Kostengünstige 3D-gedruckte analytische IoT-Plattform für die vertikale Überwachung von gasförmigem Schwefelwasserstoff
Verschmutzte Luft kann zur Entwicklung von Asthma und anderen Erkrankungen beitragen, und der erste Schritt zur Bekämpfung ihrer Auswirkungen ist eine kontinuierliche, genaue Überwachung. Die meisten Messgeräte sind stationär und befinden sich nur wenige Meter über dem Boden, aber die Schadstoffe können abdriften. Jetzt haben Forscher, die in der Zeitschrift Analytical Chemistry von ACS veröffentlichen, ein "Labor auf einer Drohne" entwickelt, das im Gegensatz zu ähnlichen Geräten Schadstoffe, wie z. B. stinkendes Schwefelwasserstoffgas, erkennen und analysieren kann, während es noch in der Luft schwebt.
Diese modifizierte Quadcopter-Drohne kann Schwefelwasserstoffgas in der Luft erkennen und analysieren.
Adapted from Analytical Chemistry, 2023, DOI: 10.1021/acs.analchem.3c02719
Schwefelwasserstoff (H2S) ist einer der stinkendsten Luftschadstoffe und bekannt für seinen fauligen Geruch nach faulen Eiern. Es kommt natürlich in Brunnenwasser und vulkanischen Emissionen vor, ist aber auch ein häufiges Nebenprodukt von Erdölraffinerien und Kläranlagen. Das Gas ist reizend und kann in großen Mengen giftig sein. Die meisten Methoden zur Quantifizierung von H2S und anderen Schadstoffen beruhen auf bodengestützten Instrumenten, und für Messungen in größeren Höhen sind teure Geräte wie Satelliten erforderlich. Unbemannte Drohnen wurden von Forschern eingesetzt, um Proben in der Luft zu sammeln, aber die Analysen mussten immer noch mit herkömmlichen Instrumenten am Boden durchgeführt werden. João Flávio da Silveira Petruci und seine Kollegen wollten daher ein kostengünstiges "Labor auf einer Drohne" entwickeln, das H2S-Gas in der Luft beproben und analysieren und die Ergebnisse in Echtzeit melden kann - eine Premiere für Geräte dieser Art.
Mit Hilfe eines 3D-Druckers stellte das Team ein maßgeschneidertes Gerät her, das an der Unterseite einer handelsüblichen Quadcopter-Drohne befestigt wurde. Es nutzte eine einzigartige chemische Reaktion zwischenH2Sund einem grün leuchtenden Fluorescein-Mercurylacetat-Molekül. Bei Anregung durch eine blaue LED-Beleuchtung an Bord führte die Wechselwirkung zu einer Abnahme der grünen Fluoreszenzintensität, die nachgewiesen und quantifiziert werden konnte. Diese Reaktion ist hochselektiv und wurde durch andere, störende gasförmige Luftschadstoffe nicht beeinträchtigt.
Das Team brachte seine Drohne zu einer Kläranlage, wo sie zu drei verschiedenen Zeiten am Tag Luftproben am Boden und dann in einer Höhe von etwa 30 und 65 Fuß nahm. Das Messgerät übertrug seine Ergebnisse per Bluetooth an ein Smartphone und ermöglichte so eine Echtzeitüberwachung. Am Abend stieg die H2S-Konzentration auf mit zunehmender Höhe der Drohne deutlich an, überschritt aber nie den zulässigen Grenzwert. Den Forschern zufolge könnte dieses System in Zukunft auch zur Erkennung anderer Schadstoffe eingesetzt werden.
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