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一种新的传感器可以检测饮用水中有害的“永久化学物质”
来源:安妮·特拉夫顿 | 麻省理工学院新闻 发表于 2024/5/9

麻省理工学院的化学家设计了一种传感器,可以检测微量的全氟烷基和多氟烷基物质(pfas),这些化学物质存在于食品包装、不粘炊具和许多其他消费品中。

这些化合物,也被称为“永久化学物质”,因为它们不会自然分解,与各种有害的健康影响有关,包括癌症、生殖问题以及免疫和内分泌系统的破坏。


使用新的传感器技术,研究人员表明,他们可以检测到水样中低至万亿分之200的pfas水平。他们设计的设备可以为消费者提供一种测试饮用水的方法,并且在严重依赖pfas化学品的行业中也很有用,包括半导体和消防设备的制造。


“确实需要这些传感技术。我们被这些化学物质困住了很长时间,所以我们需要能够检测它们并摆脱它们,“麻省理工学院约翰·麦克阿瑟化学教授、该研究的作者蒂莫西·斯瓦格说,该研究本周发表在《美国国家科学院院刊》上。


该论文的其他作者是前麻省理工学院博士后和主要作者sohyun park和麻省理工学院研究生collette gordon。


检测pfas


含有pfas化学物质的涂料被用于数以千计的消费品中。除了用于炊具的不粘涂层外,它们还常用于防水服装、防污织物、防油披萨盒、化妆品和消防泡沫。


这些氟化化学品自 1950 年代以来一直被广泛使用,可以从工厂、污水处理厂和垃圾填埋场释放到水、空气和土壤中。在所有 50 个州的饮用水源中都发现了它们。


2023 年,环境保护署确定了饮用水中两种危险的 pfas 化学物质(即全氟辛酸 (pfoa) 和全氟辛基磺酸 (pfos))的“健康建议水平”,分别将其设定为万亿分之 0.004 和万亿分之 0.02。


目前,消费者确定饮用水是否含有pfas的方法是将水样送到进行质谱测试的实验室。但是,此过程需要数周时间并花费数百美元。


为了创造一种更便宜、更快捷的pfas测试方法,麻省理工学院的团队设计了一种基于侧向层析技术的传感器--与用于快速covid-19测试和妊娠测试的方法相同。新传感器没有涂有抗体的试纸,而是嵌入了一种称为聚苯胺的特殊聚合物,当质子添加到材料中时,它可以在半导体和导电状态之间切换。


研究人员将这些聚合物沉积在一条硝酸纤维纸上,并用表面活性剂涂覆它们,该表面活性剂可以从放置在纸条上的一滴水中拉出pfas等碳氟化合物。当这种情况发生时,来自pfas的质子被吸入聚苯胺并将其变成导体,从而降低材料的电阻。这种电阻变化可以使用电极精确测量并发送到智能手机等外部设备,从而定量测量pfas的含量。


这种方法仅适用于酸性pfas,其中包括两种有害的pfas——pfoa和全氟丁酸(pfba)。


用户友好的系统


该传感器的当前版本可以检测低至万亿分之200的pfba浓度和低至万亿分之400的pfoa浓度。这还不足以满足当前的epa指南,但该传感器仅使用毫升水的一小部分。研究人员现在正在研究一种更大规模的设备,该设备能够通过聚苯胺制成的膜过滤大约一升水,他们认为这种方法应该将灵敏度提高一百倍以上,目标是满足非常低的epa建议水平。


“我们确实设想了一个用户友好的家庭系统,”swager说。“你可以想象放入一升水,让它通过膜,你就有一个测量膜电阻变化的装置。


这种设备可以为当前的pfas检测方法提供一种更便宜、更快速的替代方案。如果在饮用水中检测到pfas,则可以使用市售过滤器来降低这些水平。新的测试方法对于使用pfas化学品生产产品的工厂也很有用,因此他们可以测试制造过程中使用的水是否安全释放到环境中。


该研究由麻省理工学院科学学院对戈登的奖学金,bose研究基金和帕克的富布赖特奖学金资助。


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