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(xì)化工重要產(chǎn)品，素有“工業(yè)味精”的美稱。然而在實(shí)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(huì)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(jìn)行表面活性劑的高選擇性、高靈敏度定量檢測(cè)。因?yàn)楸砻婊钚詣┑谋砻婊钚暂^高，通過觀察它對(duì)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(hào)可以實(shí)現(xiàn)表面活性劑濃度的測(cè)定。該方法操作方便，設(shè)備簡(jiǎn)單。以全氟辛烷磺酸（perfluorooctanesulfonate，PFOS）和全氟辛酸（perfluorooctanoate，PFOA）為目標(biāo)物，檢出限分別為80 μg/L和30 μg/L。并且實(shí)驗(yàn)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(shí)存在的能壘需要溶液中溶解的氣體達(dá)到過飽和狀態(tài)。而在表面活性劑分子存在時(shí)，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(hào)，以實(shí)現(xiàn)表面活性劑的高靈敏度和特異性檢測(cè)。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(shí)就可以使氣泡成核。在鉑納米盤電極上能夠通過擴(kuò)散受限電流的下降來監(jiān)測(cè)鉑/氣/液界面處電還原單個(gè)氫氣氣泡的生成。在電位掃描過程中，在氣泡成核時(shí)電流快速降低，出現(xiàn)電流峰值。作者考慮通過檢測(cè)該電流峰值以實(shí)現(xiàn)水中表面活性劑的定量檢測(cè)。
為了驗(yàn)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(fù)掃過程中，電流逐漸增加到一個(gè)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?yàn)殡S著析氫反應(yīng)的進(jìn)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(duì)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(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)。作者還利用經(jīng)典成核理論從理論計(jì)算上對(duì)該結(jié)果進(jìn)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(cè)方法的選擇性。
在溶液中氣體成核和形成過程是一個(gè)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(shí)現(xiàn)了選擇性和靈敏地檢測(cè)水體中的表面活性劑。線性范圍超過三個(gè)數(shù)量級(jí)，低檢出限可達(dá)∼30 μg/L，遠(yuǎn)高于抑制型電導(dǎo)檢測(cè)法的檢出限（∼2 mg/L），比液質(zhì)聯(lián)用檢測(cè)的結(jié)果較差（0.5 μg/L）。但該方法操作簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，為檢測(cè)表面活性劑提供了一種新思路。
