有机氟化合物(有时被称为“永远的化学物质”)越来越多地出现在我们的饮用水、海洋甚至人类血液中，对环境和人类健康构成潜在威胁。

现在，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员已经开发出一种对它们进行指纹识别的方法，当它们最终进入含水层、水道或土壤时，这可以帮助当局追踪到它们的来源。

该技术需要将样本置于强磁场中，然后读取其原子发射的无线电波。这揭示了分子中碳同位素的组成，并赋予化学物质指纹，这是以前从未在永久化学物质中实现过的壮举。

德克萨斯大学杰克逊地球科学学院地球物理研究所研究助理教授CorneliaRasmussen说，这项工作很重要，因为它可以让科学家追踪环境中永久化学物质的扩散。

“最终我们将能够追踪分子并观察它们的移动方式，”共同领导该技术开发的拉斯穆森说。“例如，它们是留在倾倒的地方还是向下游移动。”

超强的分子键使永久化学物质具有其便利的特性——被广泛应用于从阻燃剂到不粘表面和缓释药物等各种产品——但也使它们不会在环境中分解，从而不会在土壤和有机物中积聚成污染物，而它们很容易粘附在这些物质上。

美国环境保护署计划对包括PFAS在内的永久性化学物质进行监管，并将其中的大部分从饮用水中清除。然而，这些化学物质的分子键也使它们难以追踪。这是因为传统的化学指纹识别需要在质谱仪中将分子分解，而质谱仪对永久性化学物质的强分子键不太适用。

常见农药化学指纹识别过程示意图。图中的每个峰表示与氟结合的碳同位素的不同组合，由核磁共振仪器测量。该模式为分子提供了指纹。图片来源：CorneliaRasmussen/杰克逊地球科学学院/德克萨斯大学地球物理研究所。

相反，研究人员转向了一种名为核磁共振的技术(NMR)光谱的技术，该技术可以在不分解分子的情况下测量分子结构并识别其同位素。

同位素是指原子中中子数不同的化学元素。永久性化学物质是由碳同位素与氟元素结合而成，这在自然界中几乎从未发生过。一旦分子键形成，它们几乎牢不可破。

研究人员的技术利用核磁共振仪器和他们自己的计算工具来确定分子中每个位置的碳同位素组合。由于与每个氟原子结合的碳同位素组合对于化学物质的制造方式而言是独一无二的，因此这些信息可以像指纹一样用来追踪化学物质。

德克萨斯大学自然科学学院分子生物科学系副教授、论文合著者戴维霍夫曼(DavidHoffman)说，这就像是分子的内置条形码。

“这项计划之所以取得如此好的效果，部分原因在于我们整合了不同科学领域(化学和地球科学)的工具，这些工具通常不会混合在一起，但我们可以利用它们来做一些以前从未有人做过的事情，”他说。

研究人员在包括药品和常见农药的样本上测试了他们的技术。拉斯穆森和霍夫曼目前正在进行一项试点研究，以了解该技术对奥斯汀市小溪和废水中出现的污染物的效果如何。如果成功，该技术将对想要追踪水中永久性化学物质扩散的州和联邦机构有用。

拉斯穆森表示，这项研究为有机化学领域开辟了同位素信息的新领域，除了追踪永久性化学物质外，它还能有许多其他应用，比如检测假药或天体生物学。不过，她的最终目标是让这项技术应用得更广泛。

“它为我们提供了一系列的可能性，让我们能够了解早期地球新陈代谢的真正有趣的事情，”她说。“它甚至可以告诉我们火星上的有机物是否是一些古老火星生命的最后残余。”

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