Küresel ölçekte nükleer enerji yatırımları hız kazanırken, madencilik faaliyetleri, radyoaktif atık yönetimi ve santral güvenliği gibi süreçlerin çevresel denetimi kritik önem taşıyor. Olası bir sızıntının içme suyu kaynaklarına veya deniz kıyılarına ulaşmasını engellemek amacıyla geleneksel olarak kullanılan laboratuvar tipi kütle spektrometresi cihazları; yüksek maliyetleri, devasa boyutları ve numune hazırlama süreçlerinin karmaşıklığı nedeniyle anlık saha ölçümlerini zorlaştırıyordu.
Çinli bilim insanları, kimyasal fotolüminesans yöntemi ile akıllı telefon kameralarını entegre ederek bu engeli aşmayı başardı. “Sustainable Carbon Materials” dergisinde yayımlanan araştırmaya göre geliştirilen portatif test kiti, içme sularındaki uranil iyonlarını Dünya Sağlık Örgütü’nün (DSÖ) belirlediği üst sınırın yarısının dahi altındaki konsantrasyonlarda yüksek hassasiyetle tespit edebiliyor.
Renk oranı algoritmasıyla anında analiz
Saha teknisyenlerinin küçük bir çantada taşıyabileceği bu sistem, şüpheli su örneğinden alınan birkaç damlanın özel reaktif süspansiyon içeren test tüpüne damlatılmasıyla çalışıyor. Taşınabilir bir ultraviyole (UV) feneriyle aydınlatılan tüpün fotoğrafı akıllı telefon kamerasıyla çekiliyor; telefona yüklenen mobil yazılım, görüntüdeki yeşil ve kırmızı renklerin yoğunluk oranını hesaplayarak ekrana saniyeler içinde net uranyum konsantrasyonunu yansıtıyor.
ABD Virginia Commonwealth Üniversitesi Kimya Bölümü Araştırmacısı Ahmed Kasım, sistemin kimyasal çalışma prensibini şu sözlerle açıkladı:
“Uranyum sularda genellikle yüksek çözünürlüğe sahip uranil iyonu şeklinde bulunur ve böbrekler üzerindeki kimyasal toksisitesi radyoaktivitesinden çok daha tehlikelidir. Bu nedenle DSÖ ve ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA), içme suyunda litre başına 30 mikrogramlık sıkı bir sınır koymuştur. Geliştirilen reaktifte bulunan piromellitik asit molekülü UV ışığını emerek enerjisini öropiyum iyonlarına aktarır ve 616 nanometrede kırmızı ışıma yapar. Ancak uranil iyonları bu moleküle bağlandığında enerji aktarımı kesilerek kırmızı ışık söner ve 513 nanometrede yeşil ışıma ortaya çıkar. Telefon yazılımı tek bir rengin parlaklığını değil, yeşil ile kırmızının oranını baz aldığı için ışık açısı veya suyun bulanıklığı sonucu etkilemez.”
Çinko ve öropiyum hibrit yapısı
Sensörün başarısı, çinko metali ile nadir toprak elementi öropiyumun birleşiminden oluşan gözenekli hibrit kafes mimarisinden kaynaklanıyor. Çinko tek başına ışıldamasa da öropiyum ile birleştiğinde gram başına 69 metrekarelik yüzey alanına sahip 0,5 mikrometre çapında düzenli kürecikler oluşturuyor. Bu homojen yapı, test çözeltisinin su içinde kararlı dağılmasını ve ölçüm güvenilirliğini sağlıyor.
Doğal göl ve deniz suyu numuneleri üzerinde yürütülen deneylerde sistem, yüzde 95’in üzerinde doğruluk oranı sergiledi. Ancak araştırmacılar; yüksek karbonat içeren sulardaki olası sapmalar, aşırı asidik veya bazik atık suların nötrlenmesi gerekliliği ve öropiyum elementinin maliyeti gibi başlıkların seri üretime geçilmeden önce optimize edilmesi gerektiğini belirtiyor.
Başarıyla test edilen bu taşınabilir prototip, nükleer tesislerin ve sanayi havzalarının yakınında yaşayan topluluklara kendi su kaynaklarını bağımsız ve anlık olarak denetleme imkânı sunuyor.
