四通道P4SPR分析仪用于环境水域现场测试RDX（小分子检测）

含能材料如 1,3,5- 三硝基氢- 1,3,5-三嗪（RDX）（图一）已被广泛用于制造弹药， 并占世界各地现役和前军事设施的污染很大一部分1。大多数RDX 不会在土壤保留，并且只能缓慢生物降解。因此，RDX 可以很容易地渗透到地面，污染周围人群的饮用的地下水。 RDX 不仅被归类为潜在的致癌物质，如果吸入或摄入它也会损害神经系统。因此，对于公共安全来说理想情况下，地下水中的 RDX 水平需要长期监测以减少 RDX 暴露于人群并限制其潜在的不利健康影响。

图一  1,3,5-三硝基氢-1,3,5-三嗪的结构（RDX）

目前专门用于检测环境样品中的高能材料的 EPA 8330b 方案是在实验室中通过集中式的GX液相色谱(HPLC-UV)。 虽然这种方法很灵敏，但由于需要在测试前进行采样，运输，储存和样品制备而造成这种方法非常耗时。采样和测试之间过程需要提前至少 24 小时，几天或几周都不罕见。使用无标记传感方法对 RDX 进行现场测试可将采样时间从数天缩短至数小时，显着降低RDX 暴露于关注区域人群的风险。

表面等离子体共振(SPR)已经被证明在生物传感中有无标记和实时监测优势。开发 SRP 的新应用尤其是便携式应用所得益处可扩展到对有害污染物的环境监测。

在本应用笔记中，我们将会介绍通过组合创新便携式SPR 和高度特定 RDX 识别所进行的监控井周围地下水里RDX 的现场监测。便携式 SPR 在不同的分析参数包括灵敏度，选择性，检测限和温度的影响证明了潜在适用性， 也相对比实验室中集中式的 HPLC-UV 方法达到更快的测试。

实验设置
P4SPR 设备设置

图二  P4SPR设置示意图（上）实际皮卡车后部现场设置（下）

部署 P4SPR 仪器在抽样现场被选择在加拿大冬季和夏季(-20ᵒC 至 30ᵒC 的温差)。为避免雨雪所造成的损害，设备临时被设置在桌子或垫子上（图二）。  该设备由笔记本电脑通过 USB 供电而发电机供应笔记本的备份电池。蠕动泵分两个阶段来抽取井水样品以控制装置处的流动。首先井水样被泵入大型收集桶中。   然后，收集桶的水再泵入 P4SPR。 在 P4SPR 中，微流体单元的前 3 通道导入水样到 RDX 选择性的 SPR 传感器上。未污染的水样被导入第四通道中，用于参考信号来校正温度变化（图  三）。 因此，每个样品一式三份进行测量并实时校正。

图三  四通道微流体通道单元和通道示意图

实验步骤
传感器芯片可通过二苯胺聚合物与 Au 纳米颗粒交联功能化，具有 RDX 选择性的分子印迹聚合物(MIP)(图四)。SPR 传感器在实验室中用 RDX 的水溶液已先前进行验证。同时温度对 SPR 灵敏度的影响也在实验室中从 2℃至 36℃ 测量环境相关范围得到 1nM 至 50nM 的校准曲线。在现场分析时，校准曲线是从上游未污染的水来制备的。

图四  在ITO载玻片上没有MIP（左）MIP的暗视野图像，橙色点是金纳米粒子（右）2

从井中的收集污染样品会根据净化水参考信号分析。此外，每个传感器的响应都会经过 10nM RDX 标准响应来归一化。

结果和讨论
实验室中的分析验证

在现场测试之前，SPR 方法首先在实验室进行了验证， 经过 1pM 至 10nM 的 RDX 溶液以 1mL / min 的速度在传感器上连续流动来测量 SPR 传感器的灵敏度(图五，上)。

由于实地考察将面临极端的季节宽温度范围，实验室条件仿真是用来开发该方法来考虑和校正温度对SPR 响应的影响。 从 SPR 传感器灵敏度可观察到主要温度效应。但是，对于，使用 10 nM 的 SPR 信号对校准曲线进行每条曲线的归一化可在相关温度范围内为高于 0.1 nM 浓度提供更一致的灵敏度(图六)。 随后的现场测试中应用了该归一化方法。

图五  用于RDX检测的传感器校准的SPR传感图（上）SPR响应相对于10nM标准进行标准化。误差棒代表三次重复测量的标准偏差（n=3）（下）。

图六  RDX在不同温度下，归一化的校准曲线对10nM的SPR响应

RDX 的现场 SPR 测试
当前的SPR 现场测试方法几乎无任何基础设施要求。帐篷，拖车或 SUV 的后挡板等临时避难所已足够证明在采样点部署 P4SPR 的可行性(图 7)。 每个井口从到达现场到完成 SPR 分析低于 90 分钟。 这包括采样系统和 P4SPR 的设置，蒸馏水和未污染水的平衡，样品的测量以及重新校准。 与 EPA HPLC-UV 标准测试方法相比，SPR 现场测试节省了样品运输和制备的时间。 现场SPR 方法明显更快，特别是在偏远地区更适合频繁监测环境样品。

图七  部署P4SPR在不同季节的照片

此外，用现场 SPR 方法产生的数据显示出与 HPLC EPA方法 8330b 的良好相关性。 这证明了现场 SPR 方法的巨大潜力不仅可以作为集中测试的现场筛选工具，甚至可以替代它。

表一 SPR方法和EPA方法8330b的比较报告，不同的井做现场采样。报告的浓度以ppb为单位。2ppb对应于约10nM

P4SPR 优势
Affinité Instruments 仪器的 P4SPR 重量轻，集成度高， 便于携带，适合在各种环境条件下进行现场测试。 对现场设置空间和信号稳定性的要求大大减少了相对传统方法(如 HPLC-UV)的采样时间。不同的表面化学物可通过调节SPR 传感器的选择性质来取得感兴趣的分析物。 此外，SPR 传感器能够直接检测无需样品制备，可称为一个通用的传感器。

结论

该应用报告证明 P4SPR 为采样井现场分析 RDX 提供了优异的分析性能。 由于和标准 HPLC 方法以及实验室样品的 P4SPR 分析具有良好的相关性，用户可以放心地将 P4SPR 用于现场快速测试偏远地区的含能材料。 该仪器的便携性和坚固性已经证明它是环境监测出色的选择，具有大大扩展其他污染物应用的潜力。

参考文献

1 M. Mailloux, R. Martel, U. Gabriel, R. Lefebvre, S. Thiboutot and G. Ampleman, J. Environ. Qual., 2008, 37, 1468.

2 M. Riskin, R. Tel-Vered and I. Willner, Adv. Mater., 2010, 22, 1387–1391.