Den här drönaren har ett litet laboratorium utformat för att mäta nitratkoncentrationer i svåråtkomliga--vattenvägar. Kredit: Nathan Jared
Tänk om du istället för att ta ett vatten- eller jordprov till labbet kunde ta labbet till provet? Det är vad ett team av forskare rapporterar iACS-sensorergjorde med ett nytt nitrat-övervaknings-"labb-på-ett-dronesystem. Drönaren möjliggör enkel-vattenprovtagning och analys i realtid i områden som är svåra- att-nå, som branta diken eller sumpiga lågland.
Prenumerera på vårt nyhetsbrev för de senaste tekniska-uppdateringarna.
Tekniken kan hjälpa bönder att optimera sin användning av gödningsmedel och förhindra föroreningar av vattenvägar från överskott av nitratavrinning.
Varför nitratövervakning är viktigt
Kvävehaltigt-gödselmedel är en viktig komponent i modernt jordbruk, men det mesta förs bort från åkrarna av vattendräneringssystem.
En stor del av detta överblivna kväve omvandlas till nitrat, vilket kan orsaka algblomning och låga-syre "döda zoner" i vattendrag eller förorena dricksvatten. Det är dock inte alltid lätt att övervaka nitratkoncentrationer eftersom mycket av avrinningen från jordbruket finns i avlägsna jordbruksmark eller i leriga diken, och prover måste skickas till ett labb för bearbetning. Så forskare utvecklar sätt att göra detta med fjärrstyrda-enheter.
Hur labbet-på-en-drönare fungerar
Jonathan Claussen och kollegor ville göra ett sådant labb-på-en-drönare för att övervaka näringsföroreningar som var billigare och effektivare än de befintliga alternativen.
Forskarna designade en anpassad pump,-billiga elektrokemiska nitratsensorer och en potentiometrisk enhet för att kvantifiera nitratkoncentrationer snabbt och enkelt. Sedan monterade de utrustningen på en kommersiellt tillgänglig drönare. Ett långt rör under drönaren drog in vatten i mini-labbet, där det analyserades i-luften på cirka sju minuter.
Drönaren sparade alla resultat på ett minneskort ombord för senare avläsning och analys, och den kunde bearbeta flera prover innan landning.
Prestanda och framtida applikationer
I tester upptäckte forskarnas sensorsystem nitratkoncentrationer ner till 2,5 ppm och var 95 % lika exakt som ett typiskt-laboratoriebaserat elektrokemiskt nitratdetektionssystem.
I ett dräneringsdike på en jordbruksanläggning i Iowa fann labbet-på-en-drönare genomsnittliga nitratkoncentrationer på 5,39 ppm, vilket är i linje med tidigare mätningar gjorda i området och under 10 ppm maxnivån för dricksvatten som fastställts av US Environmental Protection Agency.
Teamet förklarar att deras nya system gör övervakning av nitratföroreningar enklare än tidigare och presenterar grunden för framtida labb-om-a-drönartillämpningar inom jordbruket, som övervakning av bakterier eller bekämpningsmedelsföroreningar i vattendrag.
Författarna har lämnat in ett amerikanskt patent relaterat till detta verk.
Mer information:Lab-på-en-Drone: Real-Electrochemical Sensing of Nitrat in Agricultural Watersheds,ACS-sensorer(2025). DOI: 10.1021/acssensors.5c02620
Tillhandahålls av American Chemical Society
