表面活性劑是指加入少量能使其溶液體系的界面狀態(tài)發(fā)生明顯變化的物質(zhì)。它能夠降低表面張力，具有分散、潤濕、滲透、增溶、乳化、起泡等諸多性能，是一類用途廣泛的精細化工重要產(chǎn)品，素有“工業(yè)味精”的美稱。然而在實際使用過程中，大量含表面活性劑的廢水、廢渣不可避免地排入了水體、土壤等環(huán)境，未降解成分會造成土壤和水質(zhì)的污染，甚至給人體健康帶來危害。
近，美國韋恩州立大學(xué)的Luo Long教授等人*提出基于氣泡成核（bubble-nucleation）的電化學(xué)方法來進行表面活性劑的高選擇性、高靈敏度定量檢測。因為表面活性劑的表面活性較高，通過觀察它對電極表面形成氣泡的影響，將氣泡成核條件的變化轉(zhuǎn)化為電化學(xué)信號可以實現(xiàn)表面活性劑濃度的測定。該方法操作方便，設(shè)備簡單。以全氟辛烷磺酸（perfluorooctanesulfonate，PFOS）和全氟辛酸（perfluorooctanoate，PFOA）為目標物，檢出限分別為80 μg/L和30 μg/L。并且實驗結(jié)果與經(jīng)典成核理論導(dǎo)出的理論模型結(jié)果是一致的。
根據(jù)經(jīng)典氣泡成核理論，在氣泡形成過程中由于形成氣液界面時存在的能壘需要溶液中溶解的氣體達到過飽和狀態(tài)。而在表面活性劑分子存在時，氣液界面的表面張力降低，有助于穩(wěn)定氣核，從而降低氣泡成核所需溶解氣體的過飽和程度。作者希望基于該原理將氣泡成核所需過飽和程度的變化轉(zhuǎn)化為電化學(xué)信號，以實現(xiàn)表面活性劑的高靈敏度和特異性檢測。基于之前的工作（Langmuir, 2013, 29, 11169），作者發(fā)現(xiàn)表面活性劑具有很高的表面活性，在溶液中氫氣的濃度很低時就可以使氣泡成核。在鉑納米盤電極上能夠通過擴散受限電流的下降來監(jiān)測鉑/氣/液界面處電還原單個氫氣氣泡的生成。在電位掃描過程中，在氣泡成核時電流快速降低，出現(xiàn)電流峰值。作者考慮通過檢測該電流峰值以實現(xiàn)水中表面活性劑的定量檢測。
為了驗證了該方法的可行性，作者以PFOS和PFOA作為模型。當(dāng)鉑納米電極在負掃過程中，電流逐漸增加到一個峰值，然后降低至低，這與氣泡在電極表面成核與形成的過程符合。因為隨著析氫反應(yīng)的進行，氫氣在電極表面形成氣泡并吸附在電極表面，極大增加電阻。其中，溶液中氫氣氣泡成核所需要的過飽和程度與電流峰值成正比。
除此之外，作者還研究了不同碳鏈長度的全氟羧酸（perfluorinated carboxylic acids，PFCA）對結(jié)果的影響（n=3, 5, 6和7），結(jié)果證明該電化學(xué)方法能很好的分辨出不同鏈長的PFCA表面活性劑，并能實現(xiàn)定量檢測。作者還利用經(jīng)典成核理論從理論計算上對該結(jié)果進行了證明。接著作者通過加入聚乙二醇（PEG）的方式證明了該檢測方法的選擇性。
在溶液中氣體成核和形成過程是一個常見的現(xiàn)象，在本工作中作者巧妙地將其與電化學(xué)結(jié)合，實現(xiàn)了選擇性和靈敏地檢測水體中的表面活性劑。線性范圍超過三個數(shù)量級，低檢出限可達∼30 μg/L，遠高于抑制型電導(dǎo)檢測法的檢出限（∼2 mg/L），比液質(zhì)聯(lián)用檢測的結(jié)果較差（0.5 μg/L）。但該方法操作簡單，價格便宜，為檢測表面活性劑提供了一種新思路。
