Este dron lleva un pequeño laboratorio diseñado para medir las concentraciones de nitrato en vías fluviales de difícil-acceso-. Crédito: Nathan Jared
¿Qué pasaría si, en lugar de llevar una muestra de agua o de suelo al laboratorio, pudieras llevar el laboratorio a la muestra? Eso es lo que informa un equipo de investigadores enSensores SCAlo hizo con un nuevo "laboratorio-de monitoreo de nitrato-en-un-sistema de drones". El dron permite un muestreo y análisis de agua-fácil y en tiempo real en áreas de difícil-acceso-como zanjas empinadas o tierras bajas pantanosas.
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La tecnología podría ayudar a los agricultores a optimizar el uso de fertilizantes y prevenir la contaminación de las vías fluviales por el exceso de escorrentía de nitrato.
Por qué es importante el control de nitratos
Los fertilizantes que contienen nitrógeno- son un componente importante de la agricultura moderna, pero la mayor parte sale de los campos mediante los sistemas de drenaje de agua.
Una buena parte de este nitrógeno sobrante se convierte en nitrato, lo que puede provocar la proliferación de algas y "zonas muertas" con bajo-oxígeno en los cursos de agua o contaminar el agua potable. Sin embargo, monitorear las concentraciones de nitrato no siempre es fácil porque gran parte de la escorrentía agrícola se encuentra en tierras agrícolas remotas o en zanjas fangosas, y las muestras deben enviarse a un laboratorio para su procesamiento. Por eso, los investigadores están desarrollando formas de hacer esto con dispositivos controlados-de forma remota.
Cómo funciona el laboratorio-en-un-dron
Jonathan Claussen y sus colegas querían crear uno de esos laboratorios-en-drones-para monitorear la contaminación por nutrientes que fuera menos costoso y más eficiente que las opciones existentes.
Los investigadores diseñaron una bomba personalizada, sensores electroquímicos de nitrato de bajo coste-y un dispositivo potenciométrico para cuantificar las concentraciones de nitrato de forma rápida y sencilla. Luego montaron el equipo en un dron disponible comercialmente. Un tubo largo debajo del dron llevó agua al mini-laboratorio, donde se analizó en el aire en unos siete minutos.
El dron guardó todos los resultados en una tarjeta de memoria integrada para su posterior lectura y análisis, y pudo procesar múltiples muestras antes de aterrizar.
Rendimiento y aplicaciones futuras
En las pruebas, el sistema de sensores de los investigadores detectó concentraciones de nitrato de hasta 2,5 partes por millón (ppm) y fue un 95 % más preciso que un sistema típico de detección de nitrato electroquímico basado en un laboratorio-.
En una zanja de drenaje en un sitio agrícola en Iowa, el laboratorio-en-un-dron encontró concentraciones promedio de nitrato de 5,39 ppm, lo cual es consistente con mediciones anteriores realizadas en el área y por debajo del nivel máximo de 10 ppm para agua potable establecido por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU.
El equipo explica que su nuevo sistema hace que el monitoreo de la contaminación por nitratos sea más fácil que antes y presenta la base para futuras aplicaciones de laboratorio-en-a-drones en la agricultura, como el monitoreo de bacterias o contaminación por pesticidas en vías fluviales.
Los autores han presentado una patente estadounidense relacionada con este trabajo.
Más información:Laboratorio-en-un-dron: detección electroquímica-en tiempo real de nitrato en cuencas agrícolas.Sensores SCA(2025). DOI: 10.1021/acssensors.5c02620
Proporcionado por la Sociedad Química Estadounidense
