Elon University / Today at Elon / Lumen Scholar Anna Altmann '23 aborda un trabajo sucio para la ciencia y el medio ambiente

Por Michael Abernethy, personal

28 de marzo de 2023

El proyecto de investigación de Altmann implicó recolectar y probar 2,5 libras de colillas de cigarrillos y diseñar un aparato para fumar cigarrillos para descubrir qué metales liberan las colillas tiradas.

Son las 3:30 pm de un miércoles y, dentro de un laboratorio de química del McMichael Science Center, Anna Altmann '23 fuma su segundo cigarrillo en media hora.

Con las manos enguantadas, coloca el cigarrillo en una boquilla conectada a un matraz Erlenmeyer, lo enciende y, usando una jeringa de plástico, aspira aire a través del matraz y un par de pies de tubo. Altmann se aleja del capó mientras un leve olor a humo de tabaco llena el laboratorio.

"Huele mucho, pero siendo sólo un par de cigarrillos, no empeorará tanto", dice.

"Pero si estás aquí por mucho tiempo y haces muchas cosas, tienes que programar una ducha después", dice su mentor, el profesor asociado de química Justin Clar. Altmann asiente y sonríe, cansado, de acuerdo.

La investigación científica puede ser un proceso complicado. A veces está francamente sucio.

Para comprender mejor cuántos y qué tipos de metales se filtran y son absorbidos por las colillas de cigarrillos tiradas, Altmann lo sabe muy bien. La becaria Goldwater, ganadora del premio Lumen y miembro de honores ha pasado los últimos dos años recolectando y estudiando colillas de cigarrillos y utilizando su aparato de fumar improvisado para crear otras nuevas.

Las colillas de cigarrillos son más que basura. Son un problema global. Se estima que cada año se tiran a la basura unos 4,95 billones de colillas de cigarrillos que acaban en escorrentías, contaminando los océanos o languideciendo en el suelo. Una vez que son arrojados, hacen más que quedarse. Todas esas colillas liberan y adsorben activamente trazas de metales, lo que influye en el ciclo global de estos elementos.

Altmann, que tiene una doble especialización en química e informática, se interesó por la química ambiental antes de la universidad. Originaria de Burlington, Carolina del Norte, completó química general con Clar cuando aún estaba en la escuela secundaria. Como estudiante universitario que buscaba temas de tesis con honores relacionados con la química y el medio ambiente, Clar, un experto en el estudio de metales y nanopartículas en sistemas ambientales, recordó las preguntas que había tenido sobre las colillas de cigarrillos tiradas desde su trabajo postdoctoral con la EPA en Cincinnati.

Altmann se sumergió en la investigación existente y descubrió lagunas en lo que se había estudiado sobre la liberación de metales de las colillas de los cigarrillos, es decir, que los cigarrillos habían sido probados en laboratorios pero no recogidos de la basura. Se encendió una luz y Altmann tuvo la idea de su pregunta de investigación: ¿Qué y cuánto liberan o absorben en el medio ambiente todas estas colillas desechadas?

“A ella se le ocurrió esta comparación por su cuenta. Desde entonces ella ha elegido todo lo que hemos hecho con soluciones, solventes, tiempos y colecciones, todo”, dijo Clar.

La exploración de Altmann sobre ese tema le valió premios a nivel nacional y en Elon.

En su segundo año, recibió la prestigiosa Beca Goldwater, uno de los premios más selectivos del país otorgado a estudiantes universitarios que desean seguir carreras de investigación en STEM. Ella fue sólo la segunda becaria Goldwater de Elon en ganar el premio en su segundo año. Ese mismo año, recibió el Premio Lumen, el principal premio de investigación de Elon que anualmente proporciona a 15 jóvenes en ascenso 20.000 dólares para avanzar en sus proyectos de investigación de pregrado.

Además de pagar los materiales necesarios durante un período de aumento de costos relacionado con la pandemia, esos premios reforzaron la confianza de Altmann en su investigación y brindaron oportunidades que de otro modo no habría tenido. Asistió a la Conferencia de la Sociedad de Química y Toxicología Ambiental, asistió dos veces a conferencias de la Sociedad Química Estadounidense (donde presentará su investigación a finales de este mes) y viajó a la Universidad Rice para dar una charla invitada.

“Tener ese dinero le permitió establecer contactos con mucha gente, lo que le abrirá puertas en la escuela de posgrado”, dijo Clar. Altmann ya ha sido aceptado en varios programas de doctorado en ingeniería ambiental, incluidos los de Yale, Duke, Clemson y Carnegie Mellon.

Como lo demuestra el método improvisado de tubo y matraz para crear muestras frescas en el laboratorio, Altmann hizo todo lo posible para reunir suficientes muestras para obtener datos sólidos. Eso incluyó reunir voluntarios durante el fin de semana de regreso a casa para recolectar colillas alrededor y cerca del campus.

“Elon es un campus para no fumadores, por lo que no estábamos seguros de encontrar suficientes, por lo que recolectamos el día de un gran partido de fútbol cuando pensábamos que la gente podría estar pegada al vehículo. Nos sorprendió la cantidad que encontramos”, dijo Altmann.

Ese día, recolectaron bolsas de filtros del tamaño de cuatro galones (unos pocos miles de colillas que pesaban cerca de 2,5 libras) en varios estados de degradación. Altmann pasó las siguientes semanas clasificándolos según su estado, desde los más recientes hasta los más degradados. Los analizó en busca de contenido metálico y puso otros en soluciones químicas para realizar pruebas de lixiviación.

Un análisis preliminar muestra que las colillas de cigarrillos lixivian y adsorben metales. El sodio, magnesio, potasio, calcio y aluminio se lixiviaron en las concentraciones más altas. Cuanto más degradada esté la cola, en general, menor será la concentración de lixiviación. Las soluciones químicas no jugaron un papel importante en cuánto o qué metales se lixiviaron.

"Hasta ahora, los datos indican que las colillas de cigarrillos del medio ambiente contienen entre 11 y 16 metales dependiendo del nivel de degradación, y las colillas más degradadas contienen metales que no se encuentran en muestras fumadas artificialmente o menos degradadas", dijo Altmann. “Esto indica que las colillas están recogiendo metales del medio ambiente, lo que es potencialmente problemático debido al equilibrio de los metales que se encuentran naturalmente en los suelos. El cromo, el níquel y el plomo se encontraban en las colillas más degradadas, pero en ningún otro lugar, y el aluminio, el hierro y el zinc eran más altos en las colillas más degradadas que en las menos degradadas”.

Algunos de los metales lixiviados, como el aluminio y el zinc, pueden causar problemas de salud.

“Lo que más nos preocupa es el arsénico, el mercurio y el plomo, y estamos enviando muestras a otro laboratorio para un análisis externo de esos metales. Si los encontramos, sería más preocupante para nuestra salud”, dijo Altmann.

Ella espera que su investigación futura involucre la remediación ambiental.

“Estoy realmente interesado en ver cómo eliminar los metales del agua. En este proyecto, estaba observando cómo los metales ingresan al agua desde una nueva fuente, pero estoy más interesada en aspectos de remediación”, agregó.

Altmann inicialmente encontró intimidante el proceso de investigación, pero resultó en la parte más gratificante de su carrera universitaria.

"El hecho de que algo sea nuevo para usted no significa que no pueda hacerlo", dijo Altmann. “Me preocupaba fracasar en la investigación y me preocupaba que fuera difícil encontrar un mentor y trabajar en un proyecto largo. Me alegro mucho de haber superado ese miedo”.

Salir de su zona de confort desarrolló tanto la confianza en sí misma como sus habilidades de investigación.

"Ella se ha apropiado en gran medida del proyecto y yo simplemente me aseguro de que lo que estamos haciendo esté en línea con los objetivos generales", dijo Clar. “Resultó que ella vino hacia mí y me dijo: 'Voy a hacer esto', lo cual es un indicador de que, en lugar de que yo le diga qué hacer, ella está dirigiendo hacia dónde va y yo simplemente me aseguro de que nos quedemos quietos. en las pistas.

“No tengo que preocuparme por Anna. Ella simplemente sigue adelante y hace el trabajo”.

En cuanto a fumar, Altmann no tiene planes de adquirir el hábito y se alegra de que sus días de encender cigarrillos en el laboratorio hayan quedado atrás.

“Si algo me enseñó este proyecto es que estoy más seguro que nunca de que no fumaré”, afirmó Altmann. “Tener que fumar esos cigarrillos durante horas y horas y ver la porquería que llenaba los tubos era repugnante. Entonces, si bien me encantó mi investigación, estoy feliz de no fumar más”.

Publicado en: Académicos e Investigación Premios y reconocimientos Experiencia estudiantil

Etiquetado: Química Elon College, Facultad de Artes y Ciencias Premio Lumen Investigación de pregrado STEM

Personas en este artículo:

Justin Clar

Profesor asociado de química