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安全水源是改善全球健康的关键之一。数据显示全球超过12亿人不能喝上安全的饮用水，而超过26亿 （几乎是发展中国家人口的一半）没有基本的卫生设施保障。每天约有4900名儿童因腹泻和其他跟水相关疾病而死亡。水质安全愈发受到重视，人们寄望小而快的低成本传感器能在改善全球公共卫生问题上扮演更重要的角色。为了实现这个目标，人们已经开发出一些微流控试纸分析设备(microfluidic paper-based analytical devices - mPADs) 。这些即时检测工具(point-of-care tool, POCTs)在环境、医学等领域得到了应用。在环保领域，这类设备主要用于水生污染物的监测，其主要检测物质包括：
虽然mPADs技术已经不是新鲜事，但市场上仍然缺少能够让不具备专业知识的普通人使用的低成本、简易可量化的原位分析技术。随着智能手机成本的降低、及其硬件性能的提高和软件开发的普及，已经有一些高校和非营利组织尝试填补这一空缺。 2014年，加拿大McMaster University的团队发明了一套基于智能手机的超低价水质监测解决方案，其结合了试纸比色分析、手机图像分析和数据在线传送和分析等功能。 1. 试纸分析设备 (mPAD) 对特定物质的浓度作量化分析; 2.带有摄像头的手机来捕捉拍摄两个mPADs的图像，一个mPAD测的是目标水样，一个是空白清水的对照。 3. 一个原位图像处理应用程序，运用新型算法来对颜色的密度进行量化，并和污染物浓度作关联。据该团队介绍，这款程序使用的是计算像素的算法，跟过去的基于实验室的软件ImageJ相比，这个分析方法的偏差和受分析者的主观影响更少。 研究人员通过对照实验减少周围环境光照引起的各种偏差，从而实现图像信息的原位获取和更精准处理。数据采集者还可以通过手机和GPS软件对测试地点的地理信息进行记录，数据能马上传送到一个网址为http://watermap./的加拿大网站。样品的量化分析结果会通过地图的形式显示在网站上。 其发明研究成果2015年的Water Research期刊上得到了发表，题目为Tools forwater quality monitoring and mapping using paper-based sensors and cell phones。更多内容可通过以下网址查看：http://dx./10.1016/j.watres.2014.12.005 WaterMap的公开数据在2014年后并没有太多更新。加拿大团队强调其发明的主要目的是为了促进更多用于水质监测的低价mPADs的更大规模发展，起到抛砖引玉的作用。 除了高校之外，也有一些非营利性组织参与到了mPADs的研发和应用中来，其中AKVO是一个典型代表。2012年他们在其位于印度班加罗尔的Ternup Labs实验室开始研发简易、开源的低成本水质监测技术。他们的监测目标是氟，将特定试剂溶解于水质样品中，通过比色分析来鉴定氟的浓度。 © AKVO 除了氟，他们的设备还能监测砷和大肠杆菌。其实McMaster University也有一款产品，方法是把试剂制作成药丸状再投到样品中做比色分析。 AKVO也有基于试纸的图像比色方案。▼ 除了试剂和试纸，AKVO还开发了跟电导率分析匹配的手机软件。电导率电子分析仪的数据，通过USB线，就能直接显示并记录到手机中。▼ 下图是AKVO在非洲马里的数据采集者工作现场照片，他们一般结合电导率电子分析仪和试纸对水质进行分析。 其实中国也有“中国水质地图”等各类水质监测网站或数据门户，希望这里介绍的水质监测技术能为中国各个城市的水质监测部门提供借鉴参考。 |
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