Approfondimento: La qualità dell’acqua in orbita

[b]L'Università dello Utah ha ideato un nuovo test per la qualità dell'acqua
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Come è noto, una delle sfide tecnologiche in corso sulla Stazione Spaziale Internazionale è la gestione dell'acqua potabile. Fino a poco tempo fa, la maggior parte delle analisi sui campioni di acqua provenienti dall'ISS venivano svolte nei laboratori sulla Terra, ora, i chimici dell' University of Utah hanno messo a punto un nuovo metodo analitico che monitora la qualità dell'acqua  in due minuti. Ciò permetterà di avere i risultati sulla qualità dell'acqua in tempo reale.

Il nuovo metodo è alquanto semplice. Si tratta di prelevare l'acqua da analizzare con una siringa, di iniettarla attraverso una membrana a disco imbevuta di alcuni reagenti chimici specifici, e di leggere il colore che questa membrana assume nell'arco di una manciata di secondi con un normalissimo colorimetro portatile, per intenderci tipo quelli utilizzati nelle industrie di vernici e materie plastiche normalmente in commercio. L'interpretazione dei dati del colorimetro dirà se l'acqua potabile contiene sufficiente iodio (usato sui veicoli americani come disinfettante) o argento (utilizzato dai russi al posto dello iodio) come battericidi. La Stazione Spaziale utilizza entrambi i sistemi di purificazione.

Marc Porter, professore di chimica e di ingegneria chimica dell'University of Utah, ha spiegato che gli obiettivi che hanno mosso il suo team di ricerca erano quelli di sviluppare un sistema di analisi di dimensioni contenute, a basso costo, portatile, che non consumasse materiale, che non generasse rifiuti, che fosse sicuro, che lavorasse in condizioni di microgravità, e che non occupasse per troppo tempo gli astronauti.
Lorraine Siperko, senior research scientist nel laboratorio di Porter, ha detto che questa tecnica analitica può essere impiegata anche sulla Terra per le analisi sulla maggior parte dei contaminanti delle acque, come arsenico, cromo, cadmio, nickel ed altri metalli pesanti. Quindi, come logico spinoff, il test è già in fase di implementazione in modo tale da poter essere utilizzato in luoghi come il Bangladesh o il Sud Est e il Nord Est degli Statti Uniti, dove il problema dell'inquinamento naturale delle falde acquifere dovuto all'arsenico è una questione di fondamentale importanza.
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I test in microgravità [/b]
Il nuovo sistema di monitoraggio dell'acqua occupa lo spazio di una borsa-frigo da picnic, ed è stato lanciato per la prima volta con la missione STS-128 del Discovery, lo scorso 28 Agosto. Il progetto è stato finanziato dalla NASA, dall'Utah Science, Technology and Research (USTAR) Economic Development Initiative e da altre due università: Arizona State e Iowa State. Mentre il project team  include  NASA, USTAR le Universita dello Utah, di Iowa State ed iWyle Laboratories.

Nello scorso decennio, il nuovo metodo analitico è stato sottoposto ad intensi test in microgravità, con oltre venti campagne di voli parabolici a bordo del cosiddetto “vomit comet” della NASA (il KC-135 ed il C-9) dall'Ellington Air Force Base in Texas. Durante queste campagne di voli parabolici è stata valutata l'affidabilità del sensore del colorimetro e dei reagenti chimici, e particolare attenzione è stata posta all'affinamento delle tecniche di campionamento con la siringa, in modo tale da effettuare i prelievi dalle sacche d'acqua senza aspirare le bolle d'aria, naturalmente presenti in condizioni di microgravità.

Ora il nuovo sistema analitico è in orbita per un periodo di test della durata di sei mesi. Una volta al mese verranno effettuate analisi per rilevare la presenza di iodio e argento, i dati verranno poi inviati al Johnson Space Center in Texas. Il team universitario verrà direttamente coinvolto, tramite teleconferenza, all'insorgere di dubbi o problemi durante le operazioni in orbita.
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Come funziona? [/b]
Come detto, per mantenere bassi i livelli batterici delle scorte d'acqua a bordo dell'ISS, gli americani impiegano lo iodio in soluzione, mentre i russi usano l'argento colloidale. E' intuibile che livelli troppo bassi di queste sostanze possono portare ad una incontrollata crescita batterica nell'acqua, mentre livelli troppo alti, oltre a peggiorare il sapore del liquido, possono portare a lungo andare a problemi tiroidei (nel caso dello iodio) e a sintomi di avvelenamento da argento (inscurimento della pelle).

Per verificare che l'acqua potabile sia adeguatamente disinfettata, gli astronauti la campioneranno in diverse sacche di plastica, in base alle scorte di bordo, e quindi, mediante delle siringhe, effettueranno dei prelievi che poi inietteranno nella cartuccia che contiene la membrana polimerica porosa del diametro di una dozzina di millimetri impregnata con il reagente chimico specifico per lo iodio o per l'argento. Di seguito, la metà inferiore della cartuccia verrà posta sotto allo spettrometro portatile, che in circa due secondi leggerà il colore della membrana. Tale valore fornirà il dato quantitativo della concentrazione degli ioni ricercati, che fornirà indirettamente la misura della purezza batteriologica del campione di acqua. Secondo il Dr. Porter i livelli di biocida richiesti nell'acqua potabile vanno da 0,1 a 1 parte per milione per l'argento e da 0,1 a 5 parti per milione per lo iodio.

Per testare lo iodio, la membrana è impregnata con il PVP (polivinilpirrolidone) un agente chimico non tossico, che per esempio viene impiegato nelle soluzioni per la pulizia delle lenti a contatto. Il PVP reagisce con lo iodio, e l'intensità della colorazione gialla risultante rivela la concentrazione dello iodio nel campione di acqua.
Per testare l'argento, il disco polimerico è imbevuto con il DMABR, o 5-(dimetilaminobenzilidene)rodanina. Una colorazione giallastra è indice di assenza di argento, mentre un colore rosa luminoso, al contrario, è indice di quanto argento è presente.

I prossimi mesi diranno ai ricercatori dell'UoU se la loro nuova tecnica analitica avrà un futuro per l'esplorazione spaziale.

Le immagini sono © della NASA.

1)La borsa con gli spettrofotometri di una nota marca tedesca. Essi sono alimentati a batterie.
2)Lo spettrofotometro portatile al lavoro.
3)Il test di campionamento dell'acqua in microgravità (in questo caso, appositamente colorata).