Graphene-Based Electrochemical Sensors for the Determination of Pharmaceutical- and Agricultural-Based Emerging Contaminants in Water.
Anal Chem · 2026 · 98:13409-13424 · PMID 42060697 · 등급8 기타 분석법개발 · 물질과 작용기전 > 분석법 · 환경시료 · 원제
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신흥 오염물질(ECs)은 의약품 및 농화학제와 같이 수생 환경에 잔류하며, 분석 표준 물질이 존재하는 화합물만을 정량하는 표적 크로마토그래피 방법으로는 종종 과소평가된다. 본 연구에서는 레이저 유도 그래핀(LIG) 및 스크린 프린팅 그래핀(SPG) 전극을 기반으로 하는 휴대용 전기화학 플랫폼을 제시하며, 이 플랫폼은 과산화수소 보조 산화환원 매개와 정전류 측정법을 결합하여 물속의 산화 가능한 유기 오염물질의 누적 부하를 정량한다. 모델 화합물로 아목시실린(AMX)을 사용했을 때, 이 시스템은 넓은 동적 범위에서 ppb 이하의 민감도(LOD = 0.085 ppb)와 우수한 선형성($r^2 > 0.99$)을 달성했으며 HPLC-MS 분석과 높은 일치도를 보였다. 최적화된 전기-펜톤(EF) 조건 하에서, 디클로페낙, 이부프로펜, 글리포세이트, 에스트라디올을 포함한 추가 EC들이 유사한 반응성을 보여 분자 구조에 관계없이 광범위한 적용 가능성을 입증하였다. 질량 분석법은 과산화수소 구동 라디칼 변환을 통해 AMX의 수산화 유도체 및 활성 산소종(ROS) 화학과 일치하는 $\beta$-락탐 고리 개방 중간체를 확인하였다. 표적 크로마토그래피 접근 방식과 달리, 전기화학 신호는 기존 방법으로 직접 정량되지 않는 변환 생성물을 포함하여 과산화수소 반응성 종의 통합 풀을 반영한다. 실제 폐수 샘플에 적용한 결과, EF 보조 전기화학 반응은 표적 HPLC-MS/MS보다 더 넓은 범위의 산화 가능한 유기 부하를 포착하였다. 이러한 발견들은 과산화수소 보조 그래핀 전극이 복잡한 물 매트릭스 내 총 산화 가능 오염물질 부하에 대한 신속한 스크리닝을 위한 민감하고, 저렴하며, 현장 배치 가능한 플랫폼임을 확립한다.ORIGINAL ABSTRACT
Emerging contaminants (ECs), such as pharmaceuticals and agrochemicals, persist in aquatic systems and are often underestimated by targeted chromatographic methods that quantify only compounds with available analytical standards. Here, we present a portable electrochemical platform based on laser-induced graphene (LIG) and screen-printed graphene (SPG) electrodes, which couples hydrogen peroxide-assisted redox mediation with chronoamperometric detection to quantify the cumulative burden of oxidizable organic contaminants in water. Using amoxicillin (AMX) as a model compound, the system achieved sub-ppb sensitivity (LOD = 0.085 ppb) with excellent linearity (r2 > 0.99) across a wide dynamic range and strong agreement with HPLC-MS analysis. Under optimized electro-Fenton (EF) conditions, additional ECs─including diclofenac, ibuprofen, glyphosate, and estradiol─showed comparable responses, demonstrating broad applicability independent of molecular structure. Mass spectrometry confirmed peroxide-driven radical transformation of AMX, revealing hydroxylated derivatives and β-lactam ring-opened intermediates consistent with reactive oxygen species (ROS) chemistry. Unlike targeted chromatographic approaches, the electrochemical signal reflects the integrated pool of peroxide-reactive species, including transformation products not directly quantified by conventional methods. Application to real wastewater samples showed that the EF-assisted electrochemical response captures a broader oxidizable organic load than targeted HPLC-MS/MS. These findings establish peroxide-assisted graphene electrodes as a sensitive, low-cost, and field-deployable platform for rapid screening of total oxidizable contaminant burden in complex water matrices.| 저자 | Valencia, D. P.; Crespo, G.; Muñoz-Rugeles, L.; Lara-Cruz, G.; Jaramillo-Botero, A. |
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| 저널 | Analytical chemistry |
| 권·호·쪽 | 98(18), 13409-13424 |
| PMID | 42060697 |
| DOI | 10.1088/1361-6463/ad6882 |
| MeSH | Graphite; Water Pollutants, Chemical; Electrochemical Techniques; Electrodes; Pharmaceutical Preparations; Hydrogen Peroxide; Agrochemicals; Oxidation-Reduction |