西安交大研發(fā)新型熒光傳感器 實現(xiàn)釷離子快速可視化檢測
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近日，西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院林健教授團隊在放射性元素檢測領(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時監(jiān)測提供了新工具，還極大地簡化了檢測流程，提高了檢測效率，相關(guān)研究成果已發(fā)表于國際期刊《德國應(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，存在于獨居石、氟碳鈰礦等礦物內(nèi)。稀土開采和加工過程中會產(chǎn)生大量含釷的廢渣，如果處理不當(dāng)，會造成放射性釷污染，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境產(chǎn)生極大的負面影響。針對稀土開采中釷的檢測，傳統(tǒng)檢測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)場檢測需求。因此，開發(fā)一種快速、便攜且經(jīng)濟的釷檢測手段成為科研界的重要課題。
林健教授團隊的研究正是針對這一挑戰(zhàn)展開。他們通過精細調(diào)控鑭系金屬離子Eu3+和Tb3+的摻雜比例，成功實現(xiàn)了EuxTb1-x-BDC-OH熒光顏色從綠色、黃色、橙色到紅色的精細調(diào)節(jié)。這些Ln-MOFs對Th4+離子展現(xiàn)出獨特的熒光變色響應(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，是團隊基于軟硬酸堿理論提出的創(chuàng)新溶解-重結(jié)晶機制。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。團隊巧妙地利用了MOFs的不穩(wěn)定性，將其轉(zhuǎn)化為檢測Th4+離子的獨特優(yōu)勢。
為進一步提升檢測效率與便捷性，研究團隊還設(shè)計了一款便攜式紅綠藍(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)新不僅簡化了檢測流程，還實現(xiàn)了在5分鐘內(nèi)快速、準(zhǔn)確地測定Th4+濃度，且對Th4+離子具有優(yōu)異的選擇性。
這項研究不僅為放射性核素的檢測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)測奠定了堅實基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的進一步成熟與推廣，這一成果將在環(huán)境保護、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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