基于散射、荧光和紫外吸收光谱技术多信号检测环境水样中的全氟辛烷磺酸

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全氟烷基化合物(Perfluorinated AlkylatedSubstances,PFAAs),在过去五十年中被广泛使用于工业领域和商业领域中(如作为表面活性剂、表面除污剂、反应物中间体等)。这些污染物具有环境持久性和对生物或化学处理的高耐受性,它们存在于环境基质中会产生毒性和生物积累效应,对生态体系、生物多样性和人类健康构成高危险性。作为一种典型的PFAAs,全氟辛烷磺酸(Perfluorooctanesulfonate,PFOS)是研究最广泛的PFAAs,除却上述特性以外,PFOS具有比其他PFAAs更高的水溶性,造成PFOS在全球范围内水环境的扩散,且现已在很大程度上证明PFOS对细胞体系和动物的潜在毒性,尤其是对哺乳动物。因此简单、高效和低成本的PFOS定量检测方法亟待开发。本文基于荧光、紫外可见吸收和共振光散射(RLS)三种分子光谱技术建立了多信号分析方法检测PFOS,探讨了体系的作用机理和优化了实验条件,并将方法应用于环境水样中PFOS的定量测定,主要内容如下:(1)建立了一种三信号检测全氟辛烷磺酸(PFOS)的分析方法。在pH为3.3的伯瑞坦-罗宾森(BR)缓冲溶液中,全氟辛烷磺酸阴离子可与耐尔蓝A(NBA)通过静电吸引和疏水力反应形成1:1离子缔合物。导致荧光、紫外吸收和RLS强度的变化,且三个信号变化与PFOS的浓度之间存在定量关系。NBA的吸收变化与PFOS浓度的对数成正比,其线性范围在0.1-4μmol/L之间,检出限(LOD)为14.8 nmol/L,RLS强度变化与PFOS浓度成比例,线性范围为2.0-12.0μmol/L,LOD为119.5 nmol/L,荧光强度的变化与PFOS浓度的对数成正比,其线性范围在0.05-4μmol/L之间,检测限(LOD)为3.2 nmol/L。利用扫描电子记录显微镜(SEM)和Zeta电位仪来研究该实验机理。这种简单、灵敏且低成本的三信号方法已成功应用于实际水样中PFOS的测定,RSD≤2.1%。(2)开发出了利用碳点(Carbon dots,CDs)测定PFOS的简单、快速和低成本的三通道光学分析方法。CDs采用一锅水热法制备,用作探测PFOS的探针。CDs与PFOS反应形成荧光基态复合物,导致三种信号的强度变化,包括荧光、紫外吸收和RLS。并且荧光和吸收信号的变化可用于PFOS的可视化检测,三信号变化与PFOS浓度之间存在定量关系。该方法显示出良好的选择性和灵敏度,荧光信号中的LOD为18.3 nmol/L。通过测定荧光寿命、透射电子显微镜(TEM)图像、傅里叶变换红外(FTIR)和Zeta电位来进行机理探究。该方法已成功应用于实际水样中的PFOS的检测,RSD≤2.1%。(3)通过结合荧光和二阶散射(SOS)建立了一种新的比率方法来检测PFOS。通过简单混合荧光染料溴化乙锭(EB)和以维多利亚蓝B为原料一步水热法合成的氮掺杂碳点(NCDs),该比率纳米探针在280 nm的单波长激发下分别在472 nm、560 nm和600 nm三处具有发射峰。EB作为参比信号,对分析物有响应的NCDs为检测信号。为了实现比率检测,随着PFOS浓度的增加,NCDs的荧光发射强度降低且SOS发射升高;为了实现可视化检测,体系的荧光逐渐从绿色变为橙色。在最佳条件下,F472/I568的差值与PFOS浓度在0-2.0μmol/L的范围内具有良好的线性关系。检测限低至27.8 nmol/L(3σ)。该方法已成功应用于检测PFOS,RSD≤1.7%。结果表明,所制备的NCDs/EB比率纳米传感器具有在环境中检测PFOS的潜在应用价值。
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