该团队开发了一种技术，可以更快、更经济地检测土壤中的营养物质

每年，密苏里州的农民都会损失数百万美元的宝贵营养物质，这些营养物质会流入河流和湖泊。这些营养物质——肥料中的硝酸盐和磷酸盐——对植物生长至关重要，但当它们最终进入水道时，会对水生生物造成严重破坏

密苏里大学研究员Matthias Young认为，他已经找到了一种方法，可以将营养物质留在它们所属的土地上。他正在开发一种技术，可以开发出新型传感器，帮助农民更好地测量土壤中的硝酸盐和磷酸盐，从而更有效地使用肥料

“释放到水道中的硝酸盐和磷酸盐会导致藻类大量繁殖，杀死鱼类，损害滨水社区的旅游业，”Young说，他是密苏里大学艺术与科学学院化学系的助理教授。“不仅如此，农民也不希望硝酸盐和磷酸盐冲走他们的田地。根据环境保护局和美国农业部的数据，仅密苏里州每年就浪费了约1亿美元的肥料。这项工作有助于鱼类、野生动物、旅游业和农民。”

一条新的前进道路

虽然他的团队仍在解决一些问题，但杨的研究表明，有希望找到一种更快、更可靠、更具成本效益的方法来测量土壤中硝酸盐等离子

这很重要，因为如果硝酸盐水平低，植物将无法获得生长所需的营养。但如果它们太高，添加更多的肥料是浪费的，因为多余的硝酸盐会流入水道

现有的设备，即离子选择性电极，可以测量硝酸盐和磷酸盐，但它们成本高昂且不精确。目前的一种方法要求农民收集土壤样本并将其送往实验室进行分析，这种方法很慢，只代表一小块土地。实验室可以使用更复杂的传感器，这些传感器依赖于特殊的分子来结合和测量离子，但这些分子每克可以运行约10000美元

杨说：“农民们正在决定提供多少肥料，但他们是在有限的信息基础上做出决定的。”。“即使是昂贵的传感器也必须经常重新校准，这意味着它们不能留在现场。”

杨的新设计改变了信息收集的方式

他和他的团队正在设计一种传感器，可以测量离子通过膜的速度，而不是它们与膜的结合强度。使用脉冲电流，这些设备更灵敏、更可靠

Young正在与密苏里州的农民协商，希望将廉价实用的传感器商业化

Young说：“我们正在开发手持传感器来实时收集测量数据，以及可以安装在现场的传感器。”。“它们还没有准备好部署，因为我们仍然面临一些挑战，但它提供了一条新的前进道路。”

他最近在ACS Omega上概述了他的发现。合著者是Ryan Gettler、Shima Mehregan、Henry Koeing和Andie Kaess More information: Ryan C. Gettler et al, Nonequilibrium Anion Detection in Solid-Contact Ion-Selective Electrodes, ACS Omega (2024). DOI: 10.1021/acsomega.4c00131

Journal information: ACS Omega