Onderzoekers hebben een nieuwe manier ontwikkeld om 'eeuwig chemische' vervuiling in water te detecteren, via een luminescerende sensor.

Wetenschappers in scheikunde en milieuwetenschappen aan de Universiteit van Birmingham hebben in samenwerking met wetenschappers van de Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), het Duitse federale instituut voor materiaalonderzoek en testen, een nieuwe aanpak ontwikkeld voor het detecteren van vervuiling door ‘forever chemicaliën’ in water door luminescentie.

PFAS of 'forever chemicaliën' zijn gefabriceerde fluorchemicaliën die op grote schaal in verschillende industrieën worden gebruikt:van voedselverpakkingen tot de productie van halfgeleiders en autobanden. Ze zijn niet afbreekbaar en hopen zich op in het milieu. De zorgen over de giftige vervuiling die ze veroorzaken, vooral in het water, zijn de afgelopen jaren toegenomen.

Stuart Harrad, hoogleraar milieuchemie aan de Universiteit van Birmingham, die samen met collega professor Zoe Pikramenou, hoogleraar anorganische chemie en fotofysica, mede leiding gaf aan het ontwerp van een nieuwe sensor, zei:"In staat zijn om 'voor altijd chemicaliën' te identificeren in drinkwater, of in het milieu door industriële lekkages, is cruciaal voor onze eigen gezondheid en de gezondheid van onze planeet."

"De huidige methoden voor het meten van deze verontreinigingen zijn moeilijk, tijdrovend en duur. Er is een duidelijke en dringende behoefte aan een eenvoudige, snelle, kosteneffectieve methode voor het meten van PFAS in watermonsters ter plaatse om de insluiting en sanering te bevorderen, vooral bij (ultra)sporenconcentraties Maar tot nu toe was het ongelooflijk moeilijk gebleken om dat te doen."

De onderzoekers, die hun bevindingen hebben gepubliceerd in Analytical Chemistry , hebben een prototypemodel gemaakt dat het ‘forever chemische’ perfluoroctaanzuur (PFOA) detecteert. De aanpak maakt gebruik van luminescerende metaalcomplexen die aan een sensoroppervlak zijn bevestigd. Als het apparaat in verontreinigd water wordt ondergedompeld, detecteert het PFOA door veranderingen in het luminescentiesignaal dat door de metalen wordt afgegeven.

Professor Pikramenou merkte op:"De sensor werkt met behulp van een kleine gouden chip geënt met iridium-metaalcomplexen. UV-licht wordt vervolgens gebruikt om het iridium te exciteren, dat rood licht afgeeft. Wanneer de gouden chip wordt ondergedompeld in een monster dat vervuild is met de 'voor altijd chemische stof' wordt een verandering van het signaal in de luminescentielevensduur van het metaal waargenomen, waardoor de aanwezigheid van de 'forever chemische' in verschillende concentraties kan worden gedetecteerd."

"Tot nu toe heeft de sensor 220 microgram PFAS per liter water kunnen detecteren, wat werkt voor industrieel afvalwater, maar voor drinkwater zouden we de aanpak nodig hebben om veel gevoeliger te zijn en nanogramniveaus van PFAS te kunnen detecteren ."

Het team heeft samengewerkt met oppervlakte- en sensorwetenschappers BAM in Berlijn voor de ontwikkeling van tests en specifieke analyses op nanoschaal. Dan Hodoroaba, hoofd van de afdeling Surface and Thin Film Analysis van BAM, benadrukte het belang van chipkarakterisering:"Geavanceerde beeldvormingsoppervlakteanalyses zijn essentieel voor de ontwikkeling van speciale chemische nanostructuren op op maat gemaakte sensorchips om optimale prestaties te garanderen."

Knut Rurack, hoofd van de Chemical and Optical Sensing Division bij BAM, voegde hieraan toe:"Nu we een prototype van een sensorchip hebben, zijn we van plan deze te verfijnen en te integreren om hem draagbaar en gevoeliger te maken, zodat hij kan worden gebruikt op de locatie van lekkages. en om de aanwezigheid van deze chemicaliën in drinkwater te bepalen."

Professor Pikramenou concludeerde:“PFAS worden in industriële omgevingen gebruikt vanwege hun nuttige eigenschappen, bijvoorbeeld in vlekwerende stoffen. Maar als ze niet veilig worden verwijderd, vormen deze chemicaliën een reëel gevaar voor het waterleven, onze gezondheid en het bredere milieu. Dit prototype is een grote stap voorwaarts in het bieden van een effectieve, snelle en nauwkeurige manier om deze vervuiling op te sporen, waardoor onze natuurlijke wereld wordt beschermd en mogelijk ons ​​drinkwater schoon blijft."

Meer informatie: Kun Zhang et al., Luminescentie-levenslang gebaseerd detectieplatform op basis van cyclogemetalliseerde iridium(III)-complexen voor de detectie van perfluoroctaanzuur in waterige monsters, Analytische chemie (2024). DOI:10.1021/acs.analchem.3c04289

Journaalinformatie: Analytische chemie

Aangeboden door Universiteit van Birmingham