西安交大研發(fā)新型熒光傳感器 實(shí)現(xiàn)釷離子快速可視化檢測(cè)
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】近日，西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院林健教授團(tuán)隊(duì)在放射性元素檢測(cè)領(lǐng)域取得重大突破，成功開發(fā)出一種熒光顏色可調(diào)的鑭系金屬有機(jī)框架(Ln-MOFs)作為釷(Th)Th4+離子的高效熒光變色傳感器。這一創(chuàng)新成果不僅為放射性污染物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了新工具，還極大地簡(jiǎn)化了檢測(cè)流程，提高了檢測(cè)效率，相關(guān)研究成果已發(fā)表于國(guó)際期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》。
釷(Th)作為地殼中豐度最高的錒系元素之一，多數(shù)以氧化物的形式與稀土金屬和鉿等金屬的氧化物共生，存在于獨(dú)居石、氟碳鈰礦等礦物內(nèi)。稀土開采和加工過程中會(huì)產(chǎn)生大量含釷的廢渣，如果處理不當(dāng)，會(huì)造成放射性釷污染，對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生極大的負(fù)面影響。針對(duì)稀土開采中釷的檢測(cè)，傳統(tǒng)檢測(cè)方法雖精確但成本高、操作復(fù)雜，難以滿足快速、便捷的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需求。因此，開發(fā)一種快速、便攜且經(jīng)濟(jì)的釷檢測(cè)手段成為科研界的重要課題。
林健教授團(tuán)隊(duì)的研究正是針對(duì)這一挑戰(zhàn)展開。他們通過精細(xì)調(diào)控鑭系金屬離子Eu3+和Tb3+的摻雜比例，成功實(shí)現(xiàn)了EuxTb1-x-BDC-OH熒光顏色從綠色、黃色、橙色到紅色的精細(xì)調(diào)節(jié)。這些Ln-MOFs對(duì)Th4+離子展現(xiàn)出獨(dú)特的熒光變色響應(yīng)：隨著Th4+離子濃度的增加，熒光顏色由鑭系離子的特征發(fā)光逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榕潴w的藍(lán)色熒光，其中，Eu-BDC-OH表現(xiàn)出極高的靈敏度。
這一現(xiàn)象的背后，是團(tuán)隊(duì)基于軟硬酸堿理論提出的創(chuàng)新溶解-重結(jié)晶機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，Th4+作為比鑭系金屬離子更硬的路易斯酸，能夠促使EuxTb1-x-BDC-OH溶解并重新結(jié)晶為UiO型的Th-MOF，從而引發(fā)熒光顏色的顯著變化。團(tuán)隊(duì)巧妙地利用了MOFs的不穩(wěn)定性，將其轉(zhuǎn)化為檢測(cè)Th4+離子的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
為進(jìn)一步提升檢測(cè)效率與便捷性，研究團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了一款便攜式紅綠藍(lán)(RGB)三原色光電讀取裝置。該裝置能夠迅速將MOFs的發(fā)光顏色轉(zhuǎn)換為RGB值，并通過Logistic函數(shù)模型建立B/(R+G)比值與Th4+濃度之間的定量關(guān)系。這一創(chuàng)新不僅簡(jiǎn)化了檢測(cè)流程，還實(shí)現(xiàn)了在5分鐘內(nèi)快速、準(zhǔn)確地測(cè)定Th4+濃度，且對(duì)Th4+離子具有優(yōu)異的選擇性。
這項(xiàng)研究不僅為放射性核素的檢測(cè)提供了一種全新的思路和技術(shù)手段，也為未來放射性污染物的快速篩查與監(jiān)測(cè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟與推廣，這一成果將在環(huán)境保護(hù)、核能安全等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
資料來源：交大新聞網(wǎng)
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