Боб Липерт поднял шприц, прикрепил к нему пластиковый картридж и продемонстрировал, как химия, разработанная в Университете штата Айова, помогает астронавтам и космонавтам убедиться, что у них есть безопасная питьевая вода на Международной космической станции.
По словам Липерта, научного сотрудника Института физических исследований и технологий штата Айова и сотрудника лаборатории Эймса Министерства энергетики США, каждый картридж содержит тонкий диск диаметром в один сантиметр, наполненный химическими веществами. Пропустите 10-миллилитровый образец воды через диск, и он изменит цвет в присутствии йода, который НАСА использует для подавления роста микроорганизмов в питьевой воде, хранящейся на космической станции. Диск из белого станет желтым, а под воздействием более высоких концентраций йода станет оранжевым и, наконец, приобретет цвет ржавчины.
Портативное устройство - спектрометр диффузного отражения - может считывать изменения цвета диска и точно измерять концентрацию молекулярного йода, или I2. Весь процесс называется колориметрической твердофазной экстракцией.
Начиная с конца сентября, сказал Липерт, астронавты на космической станции будут использовать новые разработки и процедуры, которые преобразуют все формы йода в пробах воды в молекулярный йод. Это даст астронавтам более точные данные об общем йоде в питьевой воде. Липерт сказал, что они будут знать в режиме реального времени, слишком много, слишком мало или достаточно йода в воде.
Диски, загруженные различными химическими веществами, также могут измерять и записывать концентрацию серебра, которое Федеральное космическое агентство России использует в качестве биоцида в водоснабжении на космической станции. По мере увеличения концентрации серебра диски меняют цвет с желтого на фиолетовый.
До того, как химики штата Айова помогли разработать новые тесты, единственным способом проверить питьевую воду на космической станции было отправить образцы обратно на Землю.
«Мы выяснили химию и придали ей форму, которую можно использовать в космосе», - сказал Липерт. «Мы также взяли лабораторные методы и максимально упростили их. И мы разработали процедуры, которые можно использовать в отсутствие гравитации».
Результат - быстрый и точный тест, для которого не требуется много питьевой воды или много времени космонавта.
«Что замечательно в том, что мы придумали, так это то, что вся химия, которую нам нужно сделать, может быть выполнена примерно за одну минуту на образец с использованием небольшого 1-сантиметрового картриджа», - сказал Липерт.
Потребовалась некоторая работа, чтобы разработать химию и процедуры теста. Проект, спонсируемый НАСА, начался более десяти лет назад под руководством Марка Портера, бывшего профессора химии, химической и биологической инженерии штата Айова, который сейчас является профессором USTAR в Университете Юты в Солт-Лейк-Сити. Липерт работает над проектом с 2000 года.
Другие исследователи штата Айова, которые работали над проектом, включают Джима Фрица, заслуженного профессора свободных искусств и наук; бывшие постдокторские исследователи Маттео Арена и Нил Диас; и бывшие аспиранты Эйприл Хилл, Дэниел Газда, Джон Нордлинг, Лиза Понтон и Черри Ших. Лоррейн Сиперко, научный сотрудник Университета Юты, также работала над проектом.
Исследователи университета также сотрудничали с Wyle Integrated Science and Engineering Group, субподрядчиком НАСА, который помог разработать и сертифицировать оборудование для тестирования воды, которое было развернуто на космической станции.
После серии успешных космических испытаний в 2009 и 2010 годах, оборудование исследователей для тестирования воды теперь сертифицировано и является частью набора инструментов для мониторинга окружающей среды космической станции.
Липерт сказал, что технология тестирования также может быть полезным инструментом во многих земных приложениях, включая судебные тесты на наркотики, экологические тесты на тяжелые металлы и тесты качества воды на пестициды или гербициды.
«Это очень гибкая платформа, - сказал он. «Вам просто нужно определить химический состав каждого вещества, которое вы анализируете».