Добавление фтора в воду является обычной практикой в ряде стран, включая США, Австралию, Бразилию, Малайзию, Индию и Вьетнам. В низких концентрациях (ниже 1,5 мг/л) может помочь предотвратить кариес и даже укрепить кости, но превышение может иметь противоположный эффект, вызывая серьезные заболевания зубов и костей, особенно у детей и развивающихся плодов.
Чтобы держать ситуацию под контролем, ВОЗ установила 1,5 мг/л в качестве максимального предела содержания фтора в питьевой воде. «Чтобы определить, безопасна ли питьевая вода, нам нужно обнаружить фторид в воде на уровне частей на миллион (ppm)», - говорит Кириакос Стилианоу из Лаборатории молекулярного моделирования в EPFL Valais Wallis.«Около 1-1,5 промилле полезно для зубов, но во многих странах источники воды с концентрацией выше 2 промилле могут вызвать серьезные проблемы со здоровьем».
Но измерение фтора в таких низких концентрациях с достаточной точностью стоит дорого и требует хорошо оборудованной химической лаборатории. Из-за этого загрязнение воды фтором сегодня затрагивает ряд развивающихся стран и даже часть развитых стран.
Под руководством Стилианоу группа ученых создала устройство, которое может точно измерять концентрацию фтора, используя всего несколько капель воды - даже при низком уровне загрязнения - что приводит к простому изменению яркости цвета. Опубликованное в Журнале Американского химического общества (JACS) устройство под названием SION-105 является портативным, значительно более дешевым, чем современные методы, и может использоваться на месте практически любым человеком..
Ключом к устройству является дизайн нового материала, синтезированного учеными (и в честь которого названо устройство). Материал принадлежит к семейству «металлоорганических каркасов» (MOF), соединений, состоящих из иона металла (или кластера ионов металла), связанных с органическими лигандами, образуя таким образом одно-, двух- или трехмерные структуры.. Из-за своей структурной универсальности MOF могут использоваться в постоянно растущем списке приложений, например. разделение нефтепродуктов, детоксикация воды и получение из нее водорода или даже золота.
SION-105 по умолчанию люминесцентный, но темнеет при контакте с ионами фтора. «Добавьте несколько капель воды, и, наблюдая за изменением цвета MOF, можно будет сказать, безопасно пить эту воду или нет», - объясняет Миш Эбрахим, первый автор статьи. «Теперь это можно сделать на месте, без каких-либо химических знаний».
Исследователи использовали устройство для определения содержания фтора в различных образцах подземных вод из Вьетнама, Объединенных Арабских Эмиратов и Саудовской Аравии. Данные очень хорошо соответствовали измерениям, сделанным с помощью ионной хроматографии, стандартного метода измерения концентрации фтора в воде.
Это сравнение демонстрирует производительность и надежность SION-105, которые в сочетании с портативностью и простотой использования устройства делают его очень удобным решением для отбора проб воды в отдаленных районах, где часто Мониторинг концентрации фтора имеет первостепенное значение», - говорит Стилианоу.