Forskere udvikler selvlysende sensor til at detektere kemikalier i vand for evigt

Forskere har skabt en ny måde at detektere 'for evigt kemisk' forurening i vand via en selvlysende sensor.

Forskere i kemi og miljøvidenskab ved University of Birmingham har i samarbejde med forskere fra Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Tysklands føderale institut for materialeforskning og -prøvning, udviklet en ny tilgang til påvisning af forurening fra "for evigt kemikalier" i vand gennem luminescens.

PFAS eller 'forever chemicals' er fremstillede fluorkemikalier, der bruges bredt i forskellige industrier - fra fødevareemballage til halvlederproduktion og bildæk. De er ikke-nedbrydelige og ophobes i miljøet. Bekymringer vedrørende den giftige forurening, de forårsager, især i vand, har været stigende i de seneste år.

Stuart Harrad, professor i miljøkemi ved University of Birmingham, som - sammen med kollega professor Zoe Pikramenou, professor i uorganisk kemi og fotofysik - var med til at lede designet af en ny sensor, sagde:"At være i stand til at identificere 'for evigt kemikalier' i drikkevand eller i miljøet fra industriudslip er afgørende for vores egen sundhed og vores planets sundhed."

"Nuværende metoder til måling af disse forurenende stoffer er vanskelige, tidskrævende og dyre. Der er et klart og presserende behov for en enkel, hurtig og omkostningseffektiv metode til måling af PFAS i vandprøver på stedet for at hjælpe med indeslutning og afhjælpning, især kl. (ultra)sporkoncentrationer Men indtil nu havde det vist sig utroligt svært at gøre det."

Forskerne, som har offentliggjort deres resultater i Analytical Chemistry , har skabt en prototypemodel, som detekterer den 'for evigt kemiske' perfluoroktansyre (PFOA). Fremgangsmåden bruger selvlysende metalkomplekser knyttet til en sensoroverflade. Hvis enheden dyppes i forurenet vand, detekterer den PFOA ved ændringer i luminescenssignalet afgivet af metallerne.

Professor Pikramenou kommenterede:"Sensoren virker ved at bruge en lille guldchip podet med iridiummetalkomplekser. UV-lys bruges derefter til at excitere iridium, som afgiver rødt lys. Når guldchippen nedsænkes i en prøve, der er forurenet med 'for evigt'. kemisk', observeres en ændring af signalet i metallets luminescenslevetid for at tillade tilstedeværelsen af ​​'for evigt kemikalie' ved forskellige koncentrationer at blive detekteret."

"Indtil videre har sensoren været i stand til at detektere 220 mikrogram PFAS per liter vand, hvilket virker til industrispildevand, men til drikkevand ville vi have brug for, at tilgangen var meget mere følsom og kunne detektere nanogramniveauer af PFAS ."

Holdet har samarbejdet med overflade- og sensorforskere BAM i Berlin om analyseudvikling og dedikerede analyser på nanoskala. Dan Hodoroaba, leder af BAM's overflade- og tyndfilmsanalysedivision, understregede vigtigheden af ​​chipkarakterisering, "Avancerede billedoverfladeanalyser er afgørende for udviklingen af ​​dedikerede kemiske nanostrukturer på tilpassede sensorchips for at sikre optimal ydeevne."

Knut Rurack, der leder afdelingen for kemisk og optisk sensing hos BAM, tilføjede:"Nu hvor vi har en prototype sensorchip, har vi til hensigt at forfine og integrere den for at gøre den bærbar og mere følsom, så den kan bruges på udslipsstedet. og at bestemme tilstedeværelsen af ​​disse kemikalier i drikkevand."

Professor Pikramenou konkluderede:"PFAS bruges i industrielle omgivelser på grund af deres nyttige egenskaber, f.eks. i pletsikre stoffer. Men hvis de ikke bortskaffes sikkert, udgør disse kemikalier en reel fare for vandlevende liv, vores sundhed og det bredere miljø. Denne prototype er et stort skridt fremad i at bringe en effektiv, hurtig og præcis måde at opdage denne forurening på, der hjælper med at beskytte vores naturlige verden og potentielt holde vores drikkevand rent."

Flere oplysninger: Kun Zhang et al, Luminescence Lifetime-Based Sensing Platform Baseret på Cyclometalated Iridium(III)-komplekser til påvisning af perfluoroktansyre i vandige prøver, Analytisk kemi (2024). DOI:10.1021/acs.analchem.3c04289

Journaloplysninger: Analytisk kemi

Leveret af University of Birmingham