桑迪亚国家实验室科学家瑞安·戴维斯(Ryan Davis)与该实验室博士后研究员内森·贝斯(Nathan Bess)开发出一种更快速、成本更低的PFAS检测方法,最快可在约五分钟内完成分析,检测灵敏度可达低万亿分之一水平。相关研究已发表在期刊《ACS Omega》。

PFAS(全氟和多氟烷基物质)常被称为“永久化学品”,原因在于其在环境中难以自然降解,可在土壤与水体中迁移,并在野生动物和人体内累积。戴维斯表示,他多年来致力于开发可在不同规模上消除PFAS的技术,但在研究过程中反复遇到检测环节耗时过长的问题:根据浓度不同,单个样品的PFAS检测可能需要数小时至数天。

戴维斯称,PFAS分析领域的常见困扰之一是检测流程缓慢,且因技术路径不同成本可能较高。传统流程通常需要多次提取、浓缩与处理:从一升或更多疑似含PFAS的液体开始,将液体强制通过滤芯以提取PFAS;随后将收集到的PFAS转移到更小体积的水中,并使用新的滤芯重复操作,直至浓缩到足以检测的水平。研究人员指出,这一过程不仅耗时,滤芯成本也可能达到每个数百美元,从而拖慢研发进度,并抬高公众与机构的检测门槛。

在此背景下,两人提出一种基于质谱仪与解吸电喷雾电离(DESI,desorption electrospray ionization)的检测方案。该技术通过向吸附剂表面喷射带电液滴,使目标化学物质被电离并进入质谱分析,而非电离吸附剂本身。两人表示,他们最初考虑用DESI确认吸附材料上是否存在PFAS,但在初步测试中发现,其检测灵敏度显著高于常规分析。


贝斯介绍,团队随后逐步提升方法性能:从只能检测百万分之一浓度的PFAS,提升到十亿分之一,并最终达到低万亿分之一水平。按照研究描述,该方法以一小块吸附剂为起点(大小约等于米饭脆片),将其置于待测溶液中约三分钟后取出,放置于质谱仪前,通过带电液滴喷射将PFAS从吸附剂上带走并导入质谱仪,从而完成浓度与类型分析。整个流程最快约五分钟。
研究人员已公开该流程的细节信息,并表示希望推动商业化与更广泛应用。两人同时提到,该技术未来或可扩展至PFAS之外的其他环境污染物检测,并用于环境分析与监测场景,包括与桑迪亚核威慑工作相关的气体排放测量;戴维斯称,团队第一阶段工作聚焦液体样品,近期研究已进一步延伸至气态阶段。
在研究动机方面,两人表示,快速检测方法是其减少PFAS污染更广泛工作的一部分。贝斯称,自两年半前加入桑迪亚以来一直推进该项目,其职业经历长期围绕环境修复展开。戴维斯则表示,越来越多研究提示即使在低浓度下PFAS也可能带来负面影响,因此低浓度检测能力至关重要;他同时提到,希望相关技术能够更易获得,服务研究人员、公众与政府机构,以便监管部门追踪环境中的PFAS,并让个人能够检测自来水等水源。