IT之家 12 月 20 日消息，想象一下，如果不再将水样或土壤样本送往实验室，而是直接把“实验室”搬到采样现场，那会带来怎样的变化？爱荷华州立大学科研团队就开发出了一种可实时监测农田化肥污染的“无人机实验室”。该技术通过搭载微型检测设备的无人机，实现对偏远区域水体样本的原位分析，相关成果已于 12 月 17 日发表在《ACS Sensors》上。
研究人员指出，这项技术有望帮助农民更精准地管理化肥使用，并减少因硝酸盐径流过量而造成的水体污染。在现代农业中，氮化肥是一种相当重要的资源，但其中很大一部分会随着排水系统从田地中冲走。而这些残余氮素中，有相当一部分残留的氮会转化为硝酸盐，这可能导致水道中藻类大量繁殖、形成低氧“死水区”，或污染饮用水源。然而，由于农业径流往往位于偏远农田或泥泞沟渠中，常规监测需要采集样本并送往实验室处理，操作难度较大。因此，研究人员一直在探索利用远程设备开展监测的新方法。
在该研究中，乔纳森・克劳森（Jonathan Claussen）及其同事希望开发一种成本更低、效率更高的无人机实验室系统，用于监测营养盐污染。研究团队设计了一套定制泵装置、低成本电化学硝酸盐传感器以及电位测量设备，用于快速测量硝酸盐浓度，并将整套设备安装在一款商用无人机上。无人机下方连接的一根长管可将水体吸入机载微型实验室，在飞行过程中完成分析，单次检测约需七分钟。检测结果会被保存至无人机上的存储卡，供后续读取和分析。研究人员表示，该系统在一次飞行中可以处理多个样本，无需频繁降落。
测试结果显示，该传感系统对硝酸盐的最低检测限为每百万分之二点五（2.5 ppm），检测准确度达到传统实验室电化学硝酸盐检测系统的 95%。在美国爱荷华州一处农业区的排水沟中，无人机实验室测得的平均硝酸盐浓度为 5.39 ppm，这一结果与该地区以往测量数据一致，并低于美国环境保护署规定的饮用水硝酸盐最高限值 10 ppm。研究团队表示，这一系统使硝酸盐污染监测变得更加便捷，并为未来在农业领域开展更多“无人机实验室”应用奠定了基础，例如用于监测水体中的细菌或农药污染。IT之家附论文 DOI：10.1021/acssensors.5c02620。
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