Forskare har skapat ett nytt sätt att upptäcka "för evigt kemisk" förorening i vatten, via en självlysande sensor.
Forskare i kemi och miljövetenskap vid University of Birmingham har i samarbete med forskare från Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Tysklands federala institut för materialforskning och -testning, utvecklat en ny metod för att upptäcka föroreningar från "för evigt kemikalier" i vatten genom luminescens.
PFAS eller "för evigt kemikalier" är tillverkade fluorkemikalier som används flitigt i olika industrier – från livsmedelsförpackningar till halvledarproduktion och bildäck. De är icke-nedbrytbara och ackumuleras i miljön. Oron för den giftiga förorening de orsakar, särskilt i vatten, har ökat de senaste åren.
Stuart Harrad, professor i miljökemi vid University of Birmingham, som tillsammans med kollegan professor Zoe Pikramenou, professor i oorganisk kemi och fotofysik ledde utformningen av en ny sensor, sa:"Att kunna identifiera "för evigt kemikalier" i dricksvatten, eller i miljön från industriutsläpp är avgörande för vår egen hälsa och vår planets hälsa."
"Nuvarande metoder för mätning av dessa föroreningar är svåra, tidskrävande och dyra. Det finns ett tydligt och trängande behov av en enkel, snabb och kostnadseffektiv metod för att mäta PFAS i vattenprover på plats för att underlätta inneslutning och sanering, särskilt vid (ultra)spårkoncentrationer Men fram till nu hade det visat sig vara otroligt svårt att göra det."
Forskarna, som har publicerat sina resultat i Analytical Chemistry , har skapat en prototypmodell som detekterar den "för evigt kemikalie" perfluoroktansyra (PFOA). Tillvägagångssättet använder självlysande metallkomplex fästa på en sensoryta. Om enheten doppas i förorenat vatten detekterar den PFOA genom förändringar i luminescenssignalen som avges av metallerna.
Professor Pikramenou kommenterade, "Sensorn fungerar genom att använda ett litet guldchip ympat med iridiummetallkomplex. UV-ljus används sedan för att excitera iridiumet, som avger rött ljus. När guldchipset är nedsänkt i ett prov som är förorenat med 'för evigt' kemikalie", observeras en förändring av signalen i metallens luminescenslivslängd för att tillåta närvaron av "för evigt kemikalie" vid olika koncentrationer att detekteras."
"Hittills har sensorn kunnat detektera 220 mikrogram PFAS per liter vatten, vilket fungerar för industriellt avloppsvatten, men för dricksvatten skulle vi behöva tillvägagångssättet för att vara mycket känsligare och kunna detektera nanogramnivåer av PFAS ."
Teamet har samarbetat med yt- och sensorforskare BAM i Berlin för analysutveckling och dedikerad analys i nanoskala. Dan Hodoroaba, chef för BAM:s avdelning för yt- och tunnfilmsanalys, betonade vikten av chipkarakterisering, "Avancerade ytanalyser för avbildning är avgörande för utvecklingen av dedikerade kemiska nanostrukturer på skräddarsydda sensorchips för att säkerställa optimal prestanda."
Knut Rurack, som leder Chemical and Optical Sensing Division på BAM, tillade:"Nu när vi har ett prototypsensorchip, tänker vi förfina och integrera det för att göra det bärbart och känsligare så att det kan användas på platsen för spill och att fastställa förekomsten av dessa kemikalier i dricksvatten."
Professor Pikramenou drog slutsatsen "PFAS används i industriella miljöer på grund av deras användbara egenskaper till exempel i fläckskyddande tyger. Men om de inte kasseras på ett säkert sätt utgör dessa kemikalier en verklig fara för vattenlevande liv, vår hälsa och den bredare miljön. Denna prototyp är ett stort steg framåt för att ta fram ett effektivt, snabbt och korrekt sätt att upptäcka denna förorening, vilket hjälper till att skydda vår naturliga värld och eventuellt hålla vårt dricksvatten rent."
Mer information: Kun Zhang et al, Luminescens livstidsbaserad avkänningsplattform baserad på cyklometalerade iridium(III)-komplex för detektion av perfluoroktansyra i vattenprover, Analytisk kemi (2024). DOI:10.1021/acs.analchem.3c04289
Journalinformation: Analytisk kemi
Tillhandahålls av University of Birmingham
