Every year, Missouri farmers lose millions of dollars in valuable nutrients that wash away into rivers and lakes. These nutrients—nitrates and phosphates found in fertilizers—are crucial for plant growth, but they wreak havoc on aquatic life when they end
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