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水污染問題目前已成為世界上最為緊迫的環境問題之一。全氟烷基化合物，例如全氟辛基磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA），廣泛用于含氟聚合物、泡沫滅火劑等生產領域。因其具有高毒性、持久性、生物積累性、遠距離遷移性等性質，對人類健康和環境產生了嚴重的危害。目前檢測PFOS和PFOA的方法大多需要精密的儀器和復雜的操作，而成本低、操作簡單的光譜法則受限于較低的靈敏度。因為C-F鍵的高鍵能，PFOS和PFOA的降解十分困難，且會產生新的有毒副產物，吸附是凈化污染水源最有效的方法。但是，活性炭、樹脂等經典的吸附劑缺乏對PFOS和PFOA的特異性。目前PFOS和PFOA的特異性吸附劑的研究還很少，而且缺乏在同一體系實現實時檢測和高效吸附。因此，設計合成對PFOS和PFOA具有選擇性強鍵合的人工受體，同時實現高靈敏檢測和特異性吸附具有重要意義。

近日，根據PFOS和PFOA的結構特點，南開大學郭東升教授課題組設計了胍基修飾杯芳烴主體，用于特異性結合PFOS和PFOA。并以此構建了高靈敏超分子傳感和高效吸附體系，用以檢測和吸附污水中的PFOS和PFOA。首先，作者詳細考察了胍基杯芳烴與PFOS和PFOA的鍵合行為。實驗結果表明，該杯芳烴通過靜電、氫鍵、范德華和疏水作用等協同作用達到對PFOS和PFOA強鍵合，其結合常數可達納摩爾（nM）級。

胍基杯芳烴高靈敏特異性檢測和高效吸附全氟污染物

借助指示劑置換檢測方法，利用熒光素作為熒光指示劑，作者在緩沖溶液、自來水和湖水中實現了對PFOS和PFOA的熒光定量檢測。檢測限可低至21.4 nM (11.3 μg L-1)，表明該檢測方法能夠直接應用于機場、工業園區和軍事基地附近等重度污染水源的檢測。對于輕度污染水源中PFOS和PFOA的檢測，可以通過固相萃取濃縮后再進行檢測的方法實現。另外，作者利用手機app，建立了PFOS和PFOA的標準曲線，無需專業的分光光度計即可實現對PFOS和PFOA的可視化檢測。

進而，作者構筑了負載四氧化三鐵納米粒子的胍基杯芳烴組裝體，通過簡單的磁吸附和過膜處理，能夠有效的吸附分離水中的PFOS和PFOA。這一基于杯芳烴分子識別和組裝的超分子策略對污水中全氟污染物的檢測和吸附分離具有廣闊的應用前景。

這一研究成果已于近期發表在Nature Communications 上，文章第一作者是南開大學博士研究生鄭哲，通訊作者是郭東升教授。

Guanidinocalix[5]arene for sensitive fluorescence detection and magnetic removal of perfluorinated pollutants
Zhe Zheng, Huijuan Yu, Wen-Chao Geng, Xin-Yue Hu, Yu-Ying Wang, Zhihao Li, Yuefei Wang, Dong-Sheng Guo
Nat. Commun., 2019, 10, 5762, DOI: 10.1038/s41467-019-13775-1