Investigation of spectroscopic approaches to PFOA sensing

This thesis work focus on the investigation and development of different methods to detect the presence of PFOA in water. Two different approaches were followed for the detection: direct and indirect. To achieve them, two techniques were used: SERS and UV-Vis spectroscopy. Firstly, a new type of SERS substrate was developed; by the means of Aerosol Jet Printing (AJP), silver nanoparticles were deposited onto a glass slide to form a ordered array of sensors. The nanoparticles were first made by the Lee-Meisel method, through which a silver colloid solution is obtained, and then by the reaction between silver nitrate (AgNO3) and ascorbic acid (C6H8O6). Both of these types of substrate were tested with Rhodamine 6G; the printed ones reached a limit of detection of 5x10−7 M and, thus, they were chosen as SERS substrate during the next measurements. Subsequently, direct detection of PFOA using SERS was performed; the analysis were performed both under neutral and basic conditions, but no signal was detected. Then, an indirect approach was tested, employing a cationic dye, brilliant green, by exploiting an interaction between this dye and PFOA. UV-Vis spectroscopy showed a decrease in absorbance of solutions of brilliant green and PFOA with respect to solutions of only brilliant green. The signal reduction is concentration-dependent and the limit of detection can be improved by decreasing the concentration of brilliant green, up to a limit of 10−6 M. Finally, SERS measurements were conducted to evaluate the possibility of using this technique for the indirect detection of PFOA, aiming to achieve a lower limit of detection.

Questo lavoro di tesi si concentra sull’indagine e lo sviluppo di diversi metodi per rilevare la presenza di PFOA nell’acqua. Sono stati seguiti due approcci differenti per la rilevazione: diretto e indiretto. Per realizzarli, sono state utilizzate due tecniche: spettroscopia SERS e UV-Vis. In primo luogo, è stato sviluppato un nuovo tipo di substrato SERS; mediante Aerosol Jet Printing (AJP), nanoparticelle d’argento sono state depositate su un vetrino per formare una matrice ordinata di punti di misura. Le nanoparticelle sono state preparate inizialmente tramite il metodo di Lee-Meisel, attraverso il quale si ottiene una soluzione colloidale di argento, e successivamente tramite la reazione tra nitrato d’argento (AgNO3) e acido ascorbico (C6H8O6). Entrambi i tipi di substrato sono stati testati con Rhodamina 6G; quelli stampati hanno raggiunto un limite di rilevazione di 5x10−7 M e, pertanto, sono stati scelti come substrato SERS per le misurazioni successive. Successivamente, è stata eseguita una rilevazione diretta del PFOA utilizzando SERS; le analisi sono state condotte sia in condizioni neutre sia basiche, ma non è stato rilevato alcun segnale. Successivamente, è stato testato un approccio indiretto, utilizzando un colorante cationico, il Verde Brillante, sfruttando un’interazione tra questo colorante e il PFOA. La spettroscopia UV-Vis ha mostrato una diminuzione dell’assorbanza delle soluzioni di Verde Brillante e PFOA rispetto alle soluzioni contenenti solo Verde Brillante. La riduzione del segnale è dipendente dalla concentrazione e il limite di rilevazione può essere migliorato diminuendo la concentrazione di Verde Brillante, fino a un limite di 10−6 M. Infine, sono state condotte misurazioni SERS per valutare la possibilità di utilizzare questa tecnica per la rilevazione indiretta di PFOA, con l’obiettivo di raggiungere un limite di rilevazione più basso.