Perfluoralkylsubstanzen in Wasser bestimmen
PFOS und PFOA über Fluoreszenz nachweisen
PFAS stellen eine Gefahr für Mensch und Umwelt dar, darunter Perfluoroktansulfonsäure (PFOS) und Perfluoroktansäure (PFOA), die im Verdacht stehen, Organschäden und Krebs zu verursachen. Forscher des Massachusetts Institute of Technology stellen einen neuen Ansatz für einen Fluoreszenz-Sensor für eine Vor-Ort-Analytik solcher Substanzen in Wasserproben vor.
Die Bezeichnung Per- und Polyfluoralkyl-Substanzen (PFAS) fasst eine Gruppe organischer Verbindungen zusammen, bei denen die an Kohlenstoff gebundene Wasserstoffatome vollständig oder teilweise durch Fluoratome ersetzt sind. Einmal in die Umwelt gelangt, reichern sich die stabilen Verbindungen in Wässern, Böden, Pflanzen und auch Tieren und Menschen an. Für Trinkwasser wurden in der EU Grenzwerte von 100 ng/l für die Summe bestimmter PFAS-Einzelsubstanzen bzw. 500 ng/l für die Gesamtheit aller PFAS beschlossen. In Deutschland müssen Wasserversorger das Trinkwasser ab 2026 auf PFAS untersuchen bzw. untersuchen lassen, da dann entsprechende Grenzwerte einzuhalten sind. Die Grenzwerte der US Environmental Protection Agency sind strenger: Für PFOS und PFOA, die verbreitetsten PFAS, gelten jeweils 4 ng/l als Höchstgrenze.
Der übliche Nachweis solcher Spurenmengen erfolgt in Laboren über Chromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie. Timothy Swager und Alberto Concellón vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, USA, stellen einen Ansatz für einen Test vor, mit dem die selektive Detektion der PFA-Substanzen PFOS und PFOA in Wasserproben einfach anhand von Fluoreszenzmessungen auch vor Ort möglich ist.
Der Test basiert auf einem Polymer in Form dünner Filme oder Nanopartikel mit fluorierten Seitengruppen, in das fluorierte Farbstoffmoleküle (Squarain-Derivate) eingebettet sind. Das spezielle Polymer (Poly-Phenylen-Ethinylen) absorbiert violettes Licht und überträgt die Lichtenergie über einen Elektronenaustausch auf den Farbstoff (Dexter-Mechanismus), der daraufhin rötlich fluoresziert. Sind die PFAS in einer Probe, dringen diese in das Polymer ein und verschieben die Farbstoffmoleküle um den Bruchteil eines Nanometers. Das genügt, um den Elektronenaustausch und damit den Energietransfer zu stoppen. Die rote Fluoreszenz des Farbstoffs wird „abgeschaltet“, dafür wird eine blaue Fluoreszenz des Polymers „angeschaltet“. Die Stärke dieser Änderung ist der Konzentration des PFAS proportional.
Der neue Ansatz, dessen Nachweisgrenze für PFOA und PFOS im µg/l-Bereich liegt, eignet sich für die Vor-Ort-Detektion in stark kontaminierten Regionen. Spuren-Verunreinigungen von Trinkwasserproben könnten nach einer Vorkonzentrierung durch Festphasenextraktion ausreichend genau erfasst werden.
Publikation:
Dr. Alberto Concellón, Prof. Dr. Timothy M. Swager: Detection of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) by Interrupted Energy Transfer, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202309928; https://doi.org/10.1002/ange.202309928
Quelle: GDCh
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