Let it glow: Neuer Ansatz zum Nachweis von Ewigkeitschemikalien im Wasser
Forscher*innen der Universität Birmingham haben in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) eine neue Methode entwickelt, um Ewigkeitschemikalien im Wasser mit Hilfe eines lumineszierenden Sensors zu erkennen.
PFAS oder Ewigkeitschemikalien sind industriell hergestellte Verbindungen aus Fluor, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden - von Lebensmittelverpackungen über die Halbleiterproduktion bis hin zu Autoreifen. Sie sind nicht abbaubar und reichern sich in der Umwelt an. Die Besorgnis über die von ihnen verursachte toxische Verschmutzung, insbesondere von Wasser, hat in den letzten Jahren zugenommen.
Stuart Harrad, Professor für Umweltchemie an der Universität Birmingham, der zusammen mit seiner Kollegin Zoe Pikramenou, Professorin für anorganische Chemie und Photophysik, an der Entwicklung des neuen Sensors beteiligt war, erläutert: „Die Möglichkeit, Ewigkeitschemikalien im Trinkwasser oder in der Umwelt aufgrund von Industrieunfällen zu identifizieren, ist für unsere eigene Gesundheit und die unseres Planeten von entscheidender Bedeutung. Die aktuellen Methoden zur Messung dieser Schadstoffe sind kompliziert, zeitaufwändig und teuer. Es besteht ein dringender Bedarf an einer einfachen, schnellen und kostengünstigen Methode, um PFAS in Wasserproben vor Ort zu messen und so Eindämmungs- und Sanierungsmaßnahmen zu unterstützen, insbesondere bei (sehr) geringen Konzentrationen. Aber bisher war es unglaublich schwierig, dies zu tun.“
Die Forscher*innen, die ihre Ergebnisse heute in der Fachzeitschrift Analytical Chemistry veröffentlicht haben, haben einen Prototyp entwickelt, mit dem die Ewigkeitschemikalie Perfluoroctansäure (PFOA) nachgewiesen werden kann. Der Ansatz verwendet lumineszierende Metallkomplexe, die auf einer Sensoroberfläche angebracht sind. Wenn der Sensor in kontaminiertes Wasser getaucht wird, erkennt er PFOA anhand von Veränderungen des Lumineszenz-Signals, das von den Metallen abgegeben wird.
Professor Pikramenou erklärt: "Der Sensor funktioniert mit einem kleinen Gold-Chip, auf den Iridium-Metallkomplexe aufgebracht sind. Das Iridium wird dann mit UV-Licht angeregt und gibt rotes Licht ab. Wenn der Gold-Chip in eine Probe getaucht wird, die mit der Ewigkeitschemikalie verunreinigt ist, wird eine Änderung des Signals in der Lumineszenz-Lebensdauer des Metalls beobachtet, so dass das Vorhandensein der Chemikalie in verschiedenen Konzentrationen nachgewiesen werden kann. Bislang konnte der Sensor 220 Mikrogramm PFAS pro Liter Wasser nachweisen, was für Industrieabwässer ausreicht, aber für Trinkwasser müssten wir den Ansatz viel empfindlicher machen und in der Lage sein, PFAS im Nanogrammbereich nachzuweisen."
Das Team hat bei der Entwicklung des Tests und der nanoskaligen Charakterisierung des Chips mit Oberflächen- und Sensor-Wissenschaftler*innen der BAM in Berlin zusammengearbeitet. Dan Hodoroaba, Leiter des Fachbereichs Oberflächenanalytik und Grenzflächenchemie der BAM, betont die Bedeutung der Chip-Charakterisierung: "Fortschrittliche bildgebende Oberflächenanalysen sind für die Entwicklung spezieller chemischer Nanostrukturen auf maßgeschneiderten Sensorchips unerlässlich, um eine optimale Leistung zu gewährleisten." Knut Rurack, der den Fachbereich Chemische und optische Sensorik an der BAM leitet, ergänzt: "Jetzt, da wir einen Prototyp eines Sensorchips haben, wollen wir ihn weiterentwickeln, um ihn tragbarer und empfindlicher zu machen, damit er bei Unfällen eingesetzt werden kann, um diese Chemikalien im Trinkwasser zu detektieren."
Professor Pikramenou resümiert: „PFAS werden in der Industrie aufgrund ihrer nützlichen Eigenschaften eingesetzt, beispielsweise als Fleckenschutzmittel für Textilien. Wenn sie jedoch nicht sicher entsorgt werden, stellen diese Chemikalien eine Gefahr für das Leben im Wasser, unsere Gesundheit und die Umwelt im Allgemeinen dar. Dieser Prototyp ist ein großer Schritt nach vorn auf dem Weg zu einer wirksamen, schnellen und präzisen Methode zur Feststellung dieser Verschmutzung, die dazu beiträgt, unsere Natur zu schützen und unser Trinkwasser sauber zu halten."
Originalveröffentlichung
Kun Zhang, Andrew J. Carrod, Elena Del Giorgio, Joseph Hughes, Knut Rurack, Francesca Bennet, Vasile-Dan Hodoroaba, Stuart Harrad, Zoe Pikramenou; "Luminescence Lifetime-Based Sensing Platform Based on Cyclometalated Iridium(III) Complexes for the Detection of Perfluorooctanoic Acid in Aqueous Samples"; Analytical Chemistry, 2024-1-16
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