02.11.2023 Ι Per- und Polyfluoralkylsubstanzen, besser bekannt als PFAS, stellen eine Gefahr für Mensch und Umwelt dar. Forschende des Massachusetts Institute of Technology (MIT) stellen jetzt einen kostengünstigen, einfach zu handhabenden Ansatz für den Nachweis von PFAS in Wasserproben vor.

Für Trinkwasser gelten in der EU Grenzwerte von 100 ng/l für die Summe bestimmter PFAS-Einzelsubstanzen bzw. 500 ng/l für die Gesamtheit aller PFAS. In Deutschland müssen Wasserversorger das Trinkwasser ab 2026 auf PFAS untersuchen lassen. Die Grenzwerte der US Environmental Protection Agency sind strenger: Für die verbreitetsten PFAS, PFOS und PFOA gelten jeweils 4 ng/l als Höchstgrenze.

Überlicher Nachweis von PFAS: teuer, aufwendig und komplex

Der übliche Nachweis solcher Spurenmengen durch Chromatographie/Massenspektrometrie ist zeitaufwendig, teuer und benötigt komplexe Geräte sowie erfahrenes Personal. Timothy M. Swager und Alberto Concellón vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, USA, stellen jetzt einen Ansatz für tragbaren, kostengünstigen Test zum Nachweis der Chemikalien vor. Mit dem Test ist es möglich, PFAS in Wasserproben einfach anhand von Fluoreszenzmessungen selektiv zu detektieren. Veröffentlicht haben sie ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Angewandte Chemie.

Nachweis durch unterbrochene Energieübertragung

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-Rückgrat (Poly-Phenylen-Ethinylen) absorbiert violettes Licht und überträgt die Lichtenergie über einen Elektronenaustausch auf den Farbstoff (Dexter-Mechanismus), der daraufhin rötlich fluoresziert.

Sind 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.

Vor-Ort-Detektion von PFAS

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 können nach einer Vorkonzentrierung durch Festphasenextraktion ausreichend genau erfasst werden.