給我一雙能「長期監測」的眼睛，讓水污染無處遁形！

　　來源：中國科學院城市環境研究所

　　現今，由於人類的取之不「節」——因缺乏環保意識和尋求經濟效益「無節制」濫用和「無節操」偷排，水污染已成為威脅生命健康的「世界頭號殺手」，也給環境和經濟造成了巨大損失。

　　除了水處理材料和技術的研發，對水體進行長期監測可從源頭上遏制水污染，就像是安裝了一雙「電子眼」，可時刻監督、防止偷排，防患於未然；同時可長期觀察水體健康，判斷污染趨勢，一旦受污染及時「對症下藥」。

　　要實現水污染的長期監測，常規來說需要兩個重要步驟：首先，需定點、定期採集具有代表性的樣品，包括水樣、底泥等；然後，在實驗室或現場對樣品進行測試分析，從而為水環境評價和水污染防治提供可靠數據和資料。

　　目前，常用的水污染監測方法包括：理化監測、生物監測、遙感監測等。

　　理化監測

　　理化監測指的是採用儀器（水質監測儀、分光光度計、液/氣相色譜-質譜聯用和離子選擇電極等）測定水樣或底泥的各項物理化學指標：如水溫、pH值、電導率和溶解氧等，以及重金屬砷、鎘、汞、鉛，酚，氰和有機農藥等。

　　但是，該方法往往需要昂貴的儀器和繁瑣的樣品預處理，難以現場監測。　

　　生物監測

　　水中污染物會在生物體內逐漸富集、轉化，其生長分布和生理性狀也會隨之變化。生物監測通過對生物體內積累的污染物水平的長期追蹤以反映水污染狀況，可檢出有些精密儀器都難以直接檢測的微量污染。

　　但是，生物監測受生物生命活動和環境影響較大，且生物實驗分析較為複雜耗時，常用於理化監測的補充。

　　全球範圍內，無脊椎動物、魚類、爬行動物和海洋哺乳動物體內均有不同程度的全氟辛烷磺酸檢出（Environ。 Sci。 Technol。， 2011， 45 （19）， pp 7962–7973）

　　遙感監測

　　水中污染物對光或電磁波具有不同的反射或吸收特性。遙感監測利用飛機、航天器或地球衛星運載光譜掃描儀或激光雷達等儀器，可對難以接近的大範圍水域進行掃描成像，揭示污染物隨水體動態變化的時空分布及遷移特徵。

　　但是，該法對廢水的具體成分及定量監測尚有困難，需常規監測的輔助。

舊金山灣三角洲河口集水區水體濁度、溶解性有機碳和葉綠素的遙感光譜成像 （Environ。 Sci。 Technol。， 2016， 50 （2）， pp 573–583）

　　表面增強拉曼散射（SERS）監測

　　目前常用的水污染監測方法面臨兩個瓶頸，一是需頻繁取樣及預處理，難以保持樣品的「本性」；另外，易受水體干擾，難以原位對其進行長期實時監測。

　　最近，中科院城市環境研究所發展了一項基於表面增強拉曼散射（SERS）技術，來實現水污染長期原位監測。

　　相對於理化監測、生物監測和遙感監測等技術來說，這個 SERS 監測無疑是一個新鮮的詞兒。不過，拉曼散射應該大家都比較熟悉。拉曼散射1928年由印度物理學家拉曼發現，指光波在被散射後頻率發生變化的現象。而 SERS 技術，就是指當待測物質吸附或貼近於金、銀、銅等金屬納米結構表面時，其拉曼信號可以得到百萬倍以上的增強。

　　SERS 監測不會對樣品造成破壞，且受水干擾小。因此，它已經以其快速、超靈敏的識別優勢在水污染監測領域嶄露頭角。

新型輕質強韌高活性 SERS 基底的製備及其對水中污染物長期原位監測的示意圖 （Environ.Sci。 Technol。 2018， 52， 5812-5820）

　　那麼，科研人員新發展的這種 SERS 監測有何過人之處呢？

　　他們利用一種不溶於水的高分子有機溶液，把納米粒子「引誘」到兩相界面，並自組裝，隨著有機溶劑揮發，高分子聚合物形成薄膜固定住組裝的納米粒子，形成輕盈、柔韌、高活性的 SERS 基底。由於這種新型 SERS 基底輕盈，柔韌，可將其漂浮於待測河面或湖面上，吸附水中污染物，在攜帶型拉曼儀的協助下實現污染物檢測。

　　科研人員已將其成功應用於模擬配水及實際水體杏林灣中有機農藥福美雙的檢測，最低檢出濃度優於已報道的其他 SERS 基底。

　　不僅檢出率高，這種新型 SERS 基底也非常的穩定，可以反覆沖洗，耐化學清洗，重複利用很多次都還能保持原有 SERS 性能。

　　這種 SERS 基底的強韌性足以承受惡劣水環境，通過對 SERS 基底定向修飾，未來可將其長期漂浮於監測水域表面，原位吸附水中污染物，避免了傳統監測繁瑣的取樣和預處理步驟，在便攜拉曼光譜儀的輔助下，即可實現水污染的長期監測。

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