中国自来水中硫酸盐的空间异质性：基于快速可靠的表面增强拉曼光谱分析的洞察

《Environmental Science & Technology》：Spatial Heterogeneity of Sulfate in Tap Water across China: Insights from a Rapid and Reliable Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Analysis

硫酸根离子动态监测技术开发及环境意义研究。采用表面增强拉曼光谱（SERS）结合硫脲氢键选择性捕获策略，实现水中硫酸根（≥1 μg/L）1分钟内快速定性分析，3-5分钟完成定量检测（相对标准偏差<10%）。研究揭示中国主要城市自来水硫酸根含量存在显著空间异质性，与气候、水文地质及人为活动综合作用相关。该技术可构建高时空分辨率的国家/全球尺度硫循环监测体系，并拓展至硝酸根、亚硝酸根等环境相关阴离子实时监测应用。

　　

作为生物地球化学循环和生命科学中的关键阴离子，痕量硫酸根离子（SO₄^2–）的分析是一项常规但耗时的实验室任务。传统的实验室方法无法实现全国或全球范围内的实时、高时空分辨率的筛查和监测。为了解决这一挑战，研究人员开发了一种基于表面增强拉曼光谱（SERS）的技术，该技术能够在1分钟内对每个样本进行灵敏的定性分析（≥1 μg/L），并在3-5分钟内完成准确的定量分析（相对标准偏差< 10%），适用于多种水样中的SO₄^2–。通过吸附的硫脲与SO₄^2–之间的分子间氢键作用实现对其的选择性捕获和检测，其中带正电的金纳米颗粒（Au NPs）被用作SERS的基底。对中国主要城市自来水中的SO₄^2–浓度进行的快速筛查显示出了显著的空间异质性，这一结果与最近的理论预测一致，这种异质性受到气候、水文地球化学和人为因素的综合影响。这一SERS平台有望建立一个高通量监测框架，用于在全国或全球范围内实时监测SO₄^2–的动态变化，生成具有空间分辨率的实时数据集，从而支持基于数据的硫循环模型构建。此外，该技术还有潜力彻底改变其他环境相关阴离子（如硝酸盐、亚硝酸盐和高氯酸盐）的实时环境监测。