水污染仍然是一个严重的环境和公共卫生问题，工业废水和农业径流将有毒金属及其他有害物质带入天然水体[1],[2]。在这些污染物中，六价铬（Cr(VI)）因其毒性和持久性而备受关注，这推动了敏感且经济有效的分析和修复策略的发展。
Cr(VI)广泛用于电镀、制革、颜料生产等工业过程，并被国际癌症研究机构（IARC）列为人类致癌物第1组[3]。其在水中的高溶解度和迁移性使其具有持久性，其不良影响包括基因毒性、致突变性和器官损伤[4],[5]。
美国环境保护署（EPA）[6]和世界卫生组织（WHO）[1]等监管机构对饮用水中的总铬含量设定了严格限制，通常分别为100 μg·L-1（EPA）和50 μg·L-1（WHO）。这些数值指的是总铬含量，因为自然界中主要存在的两种氧化态——三价铬（Cr(III)（参与葡萄糖和脂质代谢，可增强胰岛素作用[7]）和六价铬（Cr(VI)——在监管监测中并未常规区分。然而，鉴于Cr(VI)是具有毒性和迁移性的氧化态，开发针对该物质的高效去除和检测策略仍是环境领域的关键任务。
聚合物膜作为一种多功能的水处理材料，具有高选择性、操作简便性和可扩展性等优点[8]。然而，其性能常受到膜污染和溶质间复杂相互作用的影响，这些因素增加了分离效率建模和预测的难度。此外，产生高浓度含污染物废水流对大规模应用构成了实际挑战[9]。近期研究重点在于调整膜组成和结构以增强污染物去除效果，使基于膜的过程成为解决水系统中重金属污染的有希望的方法[10]。
氧化石墨烯（GO）因其高表面积、丰富的含氧基团和对重金属离子的强亲和力而成为聚合物膜的理想纳米填料[11]。将其掺入聚合物基体不仅提高了吸附容量，还增强了亲水性、机械强度和抗污染性能[12],[13]。多项研究表明，与未改性的膜相比，GO改性的膜在去除Cr(VI)、Pb(II)和As(V)等有毒金属方面表现更佳，表明GO是一种有前景的下一代水修复材料纳米复合材料[14]。
除了吸附容量外，吸附动力学在评估GO基吸附剂的实际性能中也起着关键作用。含氧化石墨烯材料的吸附动力学通常用伪一级（PFO）和伪二级（PSO）模型描述，其适用性取决于表面化学性质、位点异质性和实验条件。
尽管在基于GO的聚合物膜开发方面取得了显著进展，但其吸附效率的准确评估仍具有挑战性。传统的离线方法（如EPA SW-846 Method 7196A和Standard Methods 3500-Cr B中规定的1,5-二苯基卡巴肼紫外-可见光分光光度法[15],[16]需要从系统中取出样品，进行衍生化处理后，在1厘米比色皿中测量（反应体积约为100毫升）。这些方法本质上较为耗资源，因为每次取样都会改变溶液和试剂浓度，从而影响实验初始条件，增加成本和实验误差风险。相比之下，基于微体积样品和小面积膜的分析方法直接解决了这些问题，在当前研究和早期开发中具有更高的相关性[17]，这些方法需要灵敏、非破坏性和资源高效的分析工具。
热透镜光谱法（TLS）是一种光热技术，通过测量吸收光的非辐射松弛引起的折射率变化来检测微量吸收物质[18]。与传统吸收光谱法不同，TLS能够在微体积样品中进行可靠测量，并且在浑浊或散射介质中依然有效，同时保持其非破坏性[19]。这些优势在相关综述中得到了充分体现[20]，使得TLS在传统紫外-可见光方法不适用的应用中特别具有吸引力。最新进展（如瞬态测量模式、具有差分检测功能的共振多通配置[21]）进一步提高了检测限和噪声抑制能力。这些特性使TLS不仅适用于微量分析物的定量，还适用于在实际流动条件下评估功能膜的性能，而传统方法在这些条件下往往不适用。
尽管大量文献报道了热透镜光谱法在痕量分析中的高灵敏度，但大多数先前研究集中在静态或批量条件下的分析定量，通常使用基于中心检测的单通道检测方案。同时，许多研究证明了基于氧化石墨烯的聚合物膜在去除Cr(VI)方面的有效性，但这些研究通常采用毫升级批量实验中的传统紫外-可见光分光光度法进行评估。这些方法本质上较为耗资源，需要较大的取样体积，并且经常干扰吸附过程，从而限制了其在实际流动条件下的时间分辨动力学分析适用性。
本工作的创新之处不仅在于将热透镜光谱法作为非破坏性诊断工具，用于在连续流操作过程中使用微体积样品评估吸附性能，还在于特定实施了差分TLS检测配置。与传统单通道TLS测量不同，差分方法同时探测泵浦光束在其中心和边缘的重新分布，并通过两者之间的差异来确定热透镜信号。这种配置有效抑制了共模噪声，提高了信噪比，并增强了对抗探针光束功率波动和光学错位的鲁棒性。这些优势对于表征先进吸附材料和功能界面尤为重要，因为在这些材料中必须可靠地分辨吸附动力学、传质行为和平衡动态的细微差异。
通过结合差分TLS检测、连续流过滤和微体积取样，本研究方法能够区分相似的膜配方，并揭示接近平衡状态时的细微时间特征，这些特征用传统TLS或标准紫外-可见光分光光度法难以检测到，从而将TLS的应用范围从纯粹的分析技术扩展到在实际水处理场景中评估材料性能的功能工具。在本研究中，我们采用了调制差分多通配置，结合聚焦的泵浦光束（EB）和准直的探测光束（PB），来评估含有氧化石墨烯纳米粒子的聚合物膜对水中六价铬的吸附效率。研究了两种类型的膜：一种含有富氧基团的改性GO，另一种含有层间间距增大的商用GO。通过连续流过滤系统和微体积样品，我们证明了TLS具备所需的灵敏度和非破坏性，能够准确解析传统分光光度技术难以检测的吸附动力学和性能差异。
