Questo drone trasporta un minuscolo laboratorio progettato per misurare le concentrazioni di nitrati nei corsi d'acqua difficili-da-raggiungere. Credito: Nathan Jared
E se, invece di portare un campione di acqua o di terreno in laboratorio, potessi portare il campione in laboratorio? Questo è quanto riferisce un team di ricercatoriSensori ACSfatto con un nuovo sistema di-monitoraggio dei nitrati-su-un-drone". Il drone consente il campionamento e l'analisi dell'acqua in-tempo semplice e in tempo reale in aree difficili-da-raggiungibili come fossati ripidi o pianure paludose.
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La tecnologia potrebbe aiutare gli agricoltori a ottimizzare l’uso dei fertilizzanti e a prevenire l’inquinamento dei corsi d’acqua dovuto all’eccesso di deflusso di nitrati.
Perché il monitoraggio dei nitrati è importante
I fertilizzanti contenenti azoto-sono una componente importante dell'agricoltura moderna, ma la maggior parte viene portata via dai campi dai sistemi di drenaggio dell'acqua.
Una buona parte di questo azoto residuo viene trasformato in nitrato, che può causare fioriture di alghe e "zone morte" a basso contenuto di ossigeno nei corsi d'acqua o contaminare l'acqua potabile. Tuttavia, monitorare le concentrazioni di nitrati non è sempre facile perché gran parte del deflusso agricolo si trova in terreni agricoli remoti o in fossati fangosi e i campioni devono essere inviati a un laboratorio per l’elaborazione. Pertanto, i ricercatori stanno sviluppando metodi per farlo con dispositivi-controllati a distanza.
Come funziona il laboratorio-su-un-drone
Jonathan Claussen e colleghi volevano realizzare uno di questi laboratori-su-un-drone per il monitoraggio dell'inquinamento da nutrienti che fosse meno costoso e più efficiente delle opzioni esistenti.
I ricercatori hanno progettato una pompa personalizzata, sensori elettrochimici di nitrati a basso-costo e un dispositivo potenziometrico per quantificare le concentrazioni di nitrati in modo rapido e semplice. Quindi hanno montato l’attrezzatura su un drone disponibile in commercio. Un lungo tubo sotto il drone trascinava l'acqua nel mini-laboratorio, dove veniva analizzata a mezz'aria in circa sette minuti.
Il drone ha salvato tutti i risultati su una scheda di memoria integrata per successive letture e analisi ed è stato in grado di elaborare più campioni prima dell’atterraggio.
Prestazioni e future applicazioni
Nei test, il sistema di sensori dei ricercatori ha rilevato concentrazioni di nitrati fino a 2,5 parti per milione (ppm) ed è risultato accurato al 95% rispetto a un tipico sistema di rilevamento elettrochimico di nitrati di laboratorio-.
In un canale di scolo in un sito agricolo in Iowa, il laboratorio-su-un-drone ha rilevato concentrazioni medie di nitrati di 5,39 ppm, che è coerente con le misurazioni precedenti effettuate nell'area e inferiore al livello massimo di 10 ppm per l'acqua potabile stabilito dalla Environmental Protection Agency degli Stati Uniti.
Il team spiega che il suo nuovo sistema rende il monitoraggio dell'inquinamento da nitrati più semplice di prima e rappresenta la base per future applicazioni di laboratorio-su-a-droni in agricoltura, come il monitoraggio della contaminazione di batteri o pesticidi nei corsi d'acqua.
Gli autori hanno depositato un brevetto statunitense relativo a quest'opera.
Ulteriori informazioni:Laboratorio-su-un-drone: rilevamento-elettrochimico in tempo reale dei nitrati nei bacini idrografici agricoli,Sensori ACS(2025). DOI: 10.1021/acssensors.5c02620
Fornito dall'American Chemical Society
