科学家发现纳米粒子传感器可以有效解决水污

纳米粒子传感器可检测饮用水中的砷

在干净的水中（左图），金纳米颗粒呈分散状态，呈红色。当添加盐时，它们保持分散状态。在被砷污染的水中（右），添加盐会导致纳米粒子聚集并变为蓝色。

“数据统计显示全世界约7.85亿人生活在无法获得安全和清洁饮用水的情况下；50多个国家的1.4亿人已经受到砷污染的水。”

砷中毒是全球最重要的公共卫生问题之一。砷用于半导体，药物，木材防腐剂，杀虫剂和鸡肉中，并会渗入地下水。长期接触可能导致肾，肝，肺和皮肤癌，并引起皮肤疾病和其他健康问题，例如高血压心脏病。世界卫生组织和环境保护局建议饮用水中砷的最高限量为10g/l。

尽管存在严重的健康问题，但水中的砷检测目前仍需要昂贵的实验室仪器，这些仪器无法用于现场检测，因此不适用于发展中国家。研究人员希望通过设计一种可以检测饮用水中砷的低成本传感器来解决这一不足。研究人员期望道：“我们的目标是开发一种灵敏，选择性强，可靠，价格合理，便携式且易于使用的传感器，”

金纳米粒子

该传感器将基于金纳米粒子（AuNPs），由于它们在可见光谱中吸收并根据其尺寸，形状和表面化学性质而改变颜色，因此它们是传感应用的极佳候选者。为了创建他们的传感器，研究人员用二氢硫辛酸包被了胶体金纳米粒子(AuNP）。该涂层稳定了纳米颗粒，该纳米颗粒在水中以分散状态形成并且呈酒红色。添加电解质（如盐）不会影响金纳米粒子，金纳米粒子保持分散状态并保持红色。

但是，如果水中含有砷，砷将与二氢硫辛酸结合，从而无法保护金纳米粒子表面。在这种情况下，添加盐会导致胶体金纳米粒子聚集并改变颜色。“这种聚集与存在的砷量成正比，这决定了颜色变化的强度，”

为了测试这种方法，该团队对含有不同浓度砷的AuNP溶液进行了紫外可见光谱分析。研究人员阐明说：“随着砷含量的增加，我们可以看到视觉颜色的变化，纳米颗粒从红色变为蓝色。”在添加砷前后，金纳米粒子的扫描电子显微镜图像证实了引起颜色变化的结块机理。

肉眼观察时，传感器的检出限为50g/l（十亿分之50）的砷，或使用紫外可见光谱法检测时为3g/l。该灵敏度低于现有的高科技方法（例如原子荧光光谱法，原子吸收光谱法或质谱法）所提供的灵敏度，后者可以检测高达万亿分之几的砷。这些系统昂贵，不便于携带，并且需要经过培训的人员来操作它们。比色法价格合理且易于携带，目前的检测极限较低但可以提高

未来走向

该小组还研究了来自其他多种金属污染物的潜在干扰，发现除汞外没有任何金属会强烈干扰甚至汞也仅对吸收光谱产生轻微影响。

这表明传感器具有选择性不会受到饮用水中存在的其他元素的干扰，将来这种方法可能会导致设计一种用于检测砷的微流控设备，这种设备普及开发商业化可能需要一段时间，虽然污染问题还复杂多样化，如果能够引进这方面的技术那会是生活的一大改善

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