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研究人员为解决 PFAS 检测难题，开发基于导电聚合物的侧向流动分析法，可实现现场低成本高灵敏检测，意义重大。
# 低成本高灵敏检测 PFAS：为环境与健康保驾护航
在我们生活的环境中，有一类被称为 “永远的化学物质” 的神秘分子 —— 全氟和多氟烷基物质（PFAS）。它们凭借超强的化学稳定性，广泛存在于快餐包装、洗发水、不粘锅涂层等日常用品中。但这看似 “稳定” 的特性却隐藏着巨大危害，PFAS 能在生物体内不断积累，如同潜伏的 “健康杀手”。研究发现，儿童接触 PFAS 可能导致发育迟缓，成年人则面临胆固醇升高、免疫系统受损甚至患癌风险增加的威胁。
为了守护公众健康，世界各国纷纷出手，制定了严格的 PFAS 饮用水标准。比如，中国规定全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）在饮用水中的限值分别为 40 ng/L 和 80 ng/L；欧盟计划在 2026 年实施 20 种特定 PFAS 总量不超 100 ng/L、所有 PFAS 总量不超 500 ng/L 的标准；美国要求到 2029 年 PFOS 和 PFOA 的最大污染物水平分别达 4 ng/L；澳大利亚也对相关 PFAS 设定了严格的限值 。这些标准的出台，彰显了全球对 PFAS 污染的高度重视，也意味着准确检测 PFAS 刻不容缓。
目前，液相色谱 - 质谱联用技术（LC-MS）是检测 PFAS 的 “主力军”，它能给出高精度的分析结果，就像实验室里的 “精密仪器大师”。然而，LC-MS 有着明显的短板，它对实验室环境要求苛刻，检测流程繁琐冗长，成本高昂。这使得在偏远地区或资源匮乏地区，以及需要快速进行环境评估时，LC-MS 常常 “有心无力”，无法及时发挥作用。面对日益增长的现场检测需求，科研人员积极探索新的方法，光学检测和电化学检测等技术进入了大家的视野。光学方法有的利用光源激发信号，有的借助化学试剂与 PFAS 反应产生颜色或荧光变化，但这些方法定量分析时依赖昂贵的光谱仪，而且系统复杂，还可能使用有毒化学试剂，限制了其在现场检测中的实用性和环境友好性。
在此背景下，澳大利亚格里菲斯大学、悉尼大学，中国青岛科技大学、上海大学的研究人员 Ming Zhou、Danxian Wei 等人合作开展研究，成果发表在《The Innovation》。他们开发出一种基于导电聚合物的侧向流动分析法（e-LFA），为 PFAS 检测带来新曙光。
研究人员采用的关键技术方法主要有两种。一是合成特殊的传感材料，通过简单的超声混合过程制备出含氟聚苯胺（F-PANI）。二是运用侧向流动技术，将其与 F-PANI 相结合。
工作原理
F-PANI 基 e-LFA 的工作原理巧妙而有趣。聚苯胺（PANI）在其本征态（PANI-EB）时是绝缘体，但当遇到 PFAS，尤其是像 PFOA 和全氟丁酸（PFBA）这类带有酸性官能团的 PFAS 时，就会发生神奇的变化 —— 质子化，转变为导电的聚苯胺盐（PANI-ES）形式，导电性显著增强，利用电导率检测仪就能轻松检测到这一变化。不过，单纯的 PANI 对 PFAS 检测缺乏特异性。为解决这一问题，研究人员给 PANI 掺杂含氟表面活性剂 Krytox-PEG-600 - 二酰胺（KPD），形成含氟涂层。这种改性后的 PANI 就像安装了 “识别导航仪”，凭借含氟特性，能优先与 PFAS 中的全氟烷基链相互作用，有效排除非氟污染物的干扰，大大提高了检测的选择性。同时，e-LFA 技术的运用让样品能在 F-PANI 检测线上持续积累，检测灵敏度和准确性也随之提升，电导率的精确变化与 PFAS 浓度呈正比。
优化与传感器性能
研究人员对 F-PANI 基 e-LFA 的性能进行了多方面优化。在检测线方面，0.7 cm 宽的检测线在不同 PFOA 浓度下都能给出可靠结果，过宽的检测线会导致质子掺杂不均匀，电阻值升高且结果不稳定。测试过程中的湿度控制也至关重要，保持适当的湿度才能确保电导率读数稳定，样品接触 PFAS 水溶液 5 分钟内进行电导率测量可最大程度减少脱水影响。
优化后的 F-PANI 基 e-LFA 展现出卓越的性能。它对 PFOA 和 PFBA 的检测限分别低至 400 ppt 和 200 ppt，虽然暂时还未达到 LC-MS 的 1 ng/L 灵敏度，但这种累积检测的特性预示着其未来提升的巨大潜力。该传感器对 PFAS 具有高度选择性，对含氟化合物反应强烈，对丁酸等非氟类似物的导电性响应低至万分之一。在去离子水和实际自来水中都能稳定工作，不过由于未明确水样的 pH、离子强度和游离氯水平等关键参数，还需进一步测试以评估在不同水样中的潜在干扰。
与现有检测方法相比，F-PANI 基 e-LFA 优势明显。光学方法定量检测时需要昂贵的光学设备和有毒试剂，限制了大规模现场检测应用；许多电化学方法虽灵敏度高，但对测量精度和仪器要求苛刻。而 F-PANI 基 e-LFA 成本低、灵敏度高，无需复杂光学或电化学设备，不使用有毒化学试剂，操作简便、便于携带，即使没有专业培训的人员也能使用，尤其适用于资源有限地区的饮用水和地表水监测。
研究结论与展望
F-PANI 基 e-LFA 为 PFAS 检测提供了一种新颖、简便且低成本的方法。通过整合 F-PANI 和侧向流动技术，它能够在万亿分之一的水平上实现对 PFAS 的选择性高灵敏检测。该方法最大的优势在于可现场检测，无需复杂基础设施，是传统实验室检测方法如 LC-MS 的有力替代方案，有助于推动联合国 “人人享有清洁饮水” 的可持续发展目标实现。
鉴于 PFAS 在环境中的广泛存在，开发创新、实用且经济高效的监测方法迫在眉睫。电化学传感器因便携、易用的特点，有望突破现有 PFAS 检测的局限。未来研究应聚焦于开发可扩展的电化学传感平台，提高传感器对更多种类 PFAS 化合物的检测能力，进一步提升其选择性、灵敏度和响应速度。例如，通过引入分子印迹聚合物，使传感器能特异性识别和结合各种 PFAS 化合物，在不影响响应速度的前提下增强选择性。相信随着这些研究的深入推进，电化学传感器将在应对 PFAS 污染挑战、保障公众健康方面发挥关键作用。
