Onderzoekers van AMOLF in Amsterdam hebben een spray ontwikkeld die groen oplicht onder uv-licht wanneer die in contact wordt gebracht met lood. De detectiemethode werkt al bij zeer lage concentraties lood en is zeer selectief.
De nieuwe test is zo’n duizend keer gevoeliger dan vergelijkbare bestaande tests en de AMOLF-onderzoekers vonden tot nu toe geen vals-positieve of vals-negatieve resultaten. Ze beschrijven alle details van hun test uitvoerig in een wetenschappelijk artikel in het tijdschrift Environmental Science and Technology.
Lood is gevaarlijk voor mensen en vooral voor kinderen. Krijgen jonge kinderen lood binnen dan kan dat de ontwikkeling van het zenuwstelsel verstoren. Het is dus belangrijk om te kunnen meten of er lood in de leefomgeving van mensen zit.
Het opvallende is dat de test lood aantoont op verschillende soorten oppervlakken, maar ook werkt bij lood in verschillende verschijningsvormen, of het nu metallisch lood is of lood in een chemische verbinding of een legering van lood. ‘Binnen een paar seconden vinden er verschillende chemische reacties plaats die allemaal leiden tot een perovskiet met lood erin’, zegt Wim Noorduin, groepsleider bij AMOLF. ‘Om heel eerlijk te zijn, begrijpen wij ook nog niet helemaal hoe het werkt.’
Bijvangst
De nieuwe manier om lood te detecteren is een bijvangst van heel ander wetenschappelijk onderzoek. Collega’s van Noorduin bij AMOLF doen onderzoek naar perovskieten, een groep materialen die veelbelovend zijn om in zonnecellen te worden toegepast. In reactie hierop ontwikkelde de groep van Noorduin een paar jaar geleden een manier om een kalkstructuur, zoals het skelet van een zee-egel, om te zetten in een halfgeleider. ‘Dit was puur fundamenteel onderzoek naar hoe structuren chemisch kunnen veranderen terwijl ze toch hun vorm behouden. De botten van dinosaurussen die in de bodem worden ontdekt, lijken hun structuur te hebben behouden, maar ze zijn chemisch volledig veranderd. Dat bleef me intrigeren.’
Simpele test
Geïnspireerd door fossilisaties in de natuur ontwikkelden Noorduin en collega’s een proces om biomineralen en vergelijkbare materialen om te zetten in loodperovskiet. Dat is een halfgeleider die zichtbaar licht uitstraalt wanneer die onder een uv-lamp wordt gehouden. Dit zou tot een simpele test kunnen leiden die lood aantoont, realiseerde Noorduin zich een paar jaar geleden, toen hij gedwongen thuis zat vanwege de coronapandemie. Hij had gelezen over de gevaren die lood oplevert voor de gezondheid van met name kinderen.
Dakgoot en kozijn
Voor een eerste snelle test nam hij een oplossing mee naar huis die in combinatie met lood een perovskiet zou vormen. Hij sproeide de vloeistof op een dakgoot, waarna die groen oplichtte. Idem dito bij de verf op het kozijn ernaast. Beide oppervlakken bevatten dus een vorm van lood. ‘Wat veel mensen niet weten, en wat ik sinds het begin van dit onderzoek heb geleerd, is dat lood nog overal om ons heen zit’, vertelt Noorduin. ‘In oude verflagen zit lood, in elektriciteitskabels en bijvoorbeeld ook in sommige kristallen glazen.’
Verrassend gemakkelijk
Het groene licht is een vorm van luminescentie, veroorzaakt door het uv-licht. ‘Dit werkt zo verrassend gemakkelijk dat we zijn gaan nadenken over het ontwikkelen van een test om lood te detecteren op allerlei oppervlakken’, zegt Noorduin in een persbericht.
Groen onder een UV-lamp
Lukas Helmbrecht van AMOLF stortte zich hierop en hij vond dat een oplossing met methylammoniumbromide het beste werkt. Vrijwel meteen wanneer deze oplossing in contact komt met een loodverbinding, vormt zich het loodperovskiet, de stof dus die groen oplicht onder een uv-lamp. Hoe meer lood ergens op zit, hoe feller het oplicht, ontdekte Helmbrecht. Dus de intensiteit van het groene licht, geeft een indicatie van de hoeveelheid lood die ergens zit. Maar ook heel belangrijk: materialen die geen lood bevatten maar er wel op lijken, lichten niet op. De nieuwe test is dus selectief. En gevoelig trouwens ook. Noorduin: ‘Al met een paar nanogram lood per vierkante millimeter kunnen we het meten. Dat is duizend keer gevoeliger dan bestaande tests.’
Chemische reacties
De test is daarmee heel bruikbaar in de praktijk. Toch zouden de AMOLF-onderzoekers daarnaast ook graag willen weten welke chemische reacties er allemaal plaatsvinden. ‘We zijn wetenschappers. We willen dit begríjpen’, zegt Noorduin. ‘Maar dat valt nog niet mee, omdat de reacties in enkele seconden voorbij zijn. Dat is te snel om chemisch te analyseren. We vermoeden dat er een redoxreactie plaatsvindt, want alle vormen van lood reageren uiteindelijk tot tweewaardig lood. Maar er vindt ook zuurbase-chemie plaats, want als lood zich in een complex bevindt, zal het eerst ergens in moeten oplossen voordat de loodionen beschikbaar komen voor ons perovskiet.’
Bedrijf opgericht
Volledig begrip of niet, de snelle loodtest is zo goed bruikbaar dat Noorduin en Helmbrecht samen met Jeroen van den Bosch en Xander Terpstra een bedrijf hebben opgericht: Lumetallix. Op basis van een internationaal octrooi (patent) op deze techniek heeft dat een universele testkit ontwikkeld die betaalbaar is en door vrijwel iedereen kan worden gebruikt om na te gaan of er ergens lood aanwezig is in de leefomgeving. De kit kost zo’n 75 euro en is te bestellen via de website van Lumetallix.
Testkits verspreiden
Ook werken de onderzoekers samen met NGO’s (non-governmental organisations, ook wel: goede doelen) over de hele wereld om de testkits te verspreiden onder de lokale bevolking in onder meer India en Ivoorkust. Het idee is dat mensen zelf maatregelen kunnen nemen om het lood te verwijderen en zo een gezondere omgeving voor zichzelf en hun kinderen te creëren. Dat is het ideale verhaal, de werkelijkheid is weerbarstiger, weet Noorduin inmiddels. ‘In veel landen mag je best de bodem op lood komen testen, maar als je dan iets vindt, dan moet je ook een oplossing bieden. Anders vindt de overheid dat je haar ondermijnt. Want je maakt de bewoners ongerust en misschien ook wel boos op hun overheid.’ Om deze reden werkt Lumetallix ook samen met professionals die mensen kunnen helpen wanneer er lood is gevonden.
Nieuwe toepassingen
AMOLF en Lumetallix werken verder aan het verbeteren van de testmethode, om de chemische reactie beter te begrijpen en om nieuwe toepassingen te ontwikkelen. De hoop is dat er veel testkits worden afgenomen, want dan kan de prijs omlaag. Sowieso hebben sommige NGO’s de testkit onder de kostprijs gekregen, zegt Noorduin. ‘Enerzijds omdat hun budgetten ook beperkt zijn, maar ook omdat zij het ons mogelijk maken de kit in de praktijk te testen en verder te perfectioneren.’
Met dank aan De Ingenieur