Deze drone heeft een klein laboratorium aan boord dat is ontworpen om de nitraatconcentraties in moeilijk-bereikbare- waterwegen te meten. Krediet: Nathan Jared
Wat als u, in plaats van een water- of grondmonster naar het laboratorium te brengen, het laboratorium naar het monster zou kunnen brengen? Dat meldt een team van onderzoekersACS-sensorendeed met een nieuw nitraat-monitoring-"lab-op-een-drone"-systeem. De drone maakt eenvoudige, realtime-waterbemonstering en analyse mogelijk in moeilijk-bereikbare-gebieden zoals steile sloten of moerassige laaglanden.
Abonneer u op onze nieuwsbrief voor de laatste sci-tech-nieuwsupdates.
De technologie kan boeren helpen hun kunstmestgebruik te optimaliseren en vervuiling van de waterwegen door overtollige nitraatafvoer te voorkomen.
Waarom nitraatmonitoring belangrijk is
Stikstof-bevattende kunstmest is een belangrijk onderdeel van de moderne landbouw, maar het grootste deel ervan wordt door waterafvoersystemen van de velden afgevoerd.
Een groot deel van deze overgebleven stikstof wordt omgezet in nitraat, wat algenbloei en zuurstofarme- "dode zones" in waterwegen kan veroorzaken of drinkwater kan vervuilen. Het monitoren van de nitraatconcentraties is echter niet altijd eenvoudig, omdat een groot deel van het landbouwafval zich op afgelegen landbouwgronden of in modderige sloten bevindt en de monsters voor verwerking naar een laboratorium moeten worden gestuurd. Onderzoekers ontwikkelen daarom manieren om dit te doen met op afstand-bestuurde apparaten.
Hoe het laboratorium-op-een-drone werkt
Jonathan Claussen en collega's wilden zo'n laboratorium maken-op-een-drone voor het monitoren van nutriëntenvervuiling die minder duur en efficiënter was dan de bestaande opties.
De onderzoekers ontwierpen een aangepaste pomp, goedkope- elektrochemische nitraatsensoren en een potentiometrisch apparaat om nitraatconcentraties snel en eenvoudig te kwantificeren. Vervolgens monteerden ze de apparatuur op een in de handel verkrijgbare drone. Een lange buis onder de drone trok water naar het mini-lab, waar het in ongeveer zeven minuten in de lucht- werd geanalyseerd.
De drone bewaarde alle resultaten op een ingebouwde geheugenkaart voor latere uitlezing en analyse, en kon meerdere monsters verwerken voordat hij landde.
Prestaties en toekomstige toepassingen
In tests detecteerde het sensorsysteem van de onderzoekers nitraatconcentraties tot 2,5 delen per miljoen (ppm) en was het 95% zo nauwkeurig als een typisch laboratorium-gebaseerd elektrochemisch nitraatdetectiesysteem.
In een afwateringssloot op een landbouwgebied in Iowa heeft het laboratorium-op- een-drone een gemiddelde nitraatconcentratie van 5,39 ppm aangetroffen, wat consistent is met eerdere metingen in het gebied en onder het maximale niveau van 10 ppm voor drinkwater, vastgesteld door de Amerikaanse Environmental Protection Agency.
Het team legt uit dat het nieuwe systeem het monitoren van nitraatvervuiling eenvoudiger maakt dan voorheen en presenteert de basis voor toekomstig laboratorium-over-a-dronetoepassingen in de landbouw, zoals het monitoren van bacteriën of pesticidenverontreiniging in waterwegen.
De auteurs hebben een Amerikaans patent ingediend met betrekking tot dit werk.
Meer informatie:Lab-op-a-Drone: real-elektrochemische detectie van nitraat in agrarische stroomgebieden,ACS-sensoren(2025). DOI: 10.1021/acssensors.5c02620
Geleverd door American Chemical Society
