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西安交大研发新型荧光传感器 实现钍离子快速可视化检测
2024年08月12日 14:11:46
来源：化工仪器网 点击量：8272
近日，西安交通大学能源与动力工程学院核科学与技术学院林健教授团队在放射性元素检测领域取得重大突破，成功开发出一种荧光颜色可调的镧系金属有机框架（Ln-MOFs）作为钍（Th）Th4 离子的高效荧光变色传感器。
【化工仪器网 项目成果】近日，西安交通大学能源与动力工程学院核科学与技术学院林健教授团队在放射性元素检测领域取得重大突破，成功开发出一种荧光颜色可调的镧系金属有机框架(Ln-MOFs)作为钍(Th)Th4+离子的高效荧光变色传感器。这一创新成果不仅为放射性污染物的实时监测提供了新工具，还极大地简化了检测流程，提高了检测效率，相关研究成果已发表于国际期刊《德国应用化学》。
钍(Th)作为地壳中丰度最高的锕系元素之一，多数以氧化物的形式与稀土金属和铪等金属的氧化物共生，存在于独居石、氟碳铈矿等矿物内。稀土开采和加工过程中会产生大量含钍的废渣，如果处理不当，会造成放射性钍污染，对当地生态环境产生极大的负面影响。针对稀土开采中钍的检测，传统检测方法虽精确但成本高、操作复杂，难以满足快速、便捷的现场检测需求。因此，开发一种快速、便携且经济的钍检测手段成为科研界的重要课题。
林健教授团队的研究正是针对这一挑战展开。他们通过精细调控镧系金属离子Eu3+和Tb3+的掺杂比例，成功实现了EuxTb1-x-BDC-OH荧光颜色从绿色、黄色、橙色到红色的精细调节。这些Ln-MOFs对Th4+离子展现出独特的荧光变色响应：随着Th4+离子浓度的增加，荧光颜色由镧系离子的特征发光逐渐转变为配体的蓝色荧光，其中，Eu-BDC-OH表现出极高的灵敏度。
这一现象的背后，是团队基于软硬酸碱理论提出的创新溶解-重结晶机制。研究发现，Th4+作为比镧系金属离子更硬的路易斯酸，能够促使EuxTb1-x-BDC-OH溶解并重新结晶为UiO型的Th-MOF，从而引发荧光颜色的显著变化。团队巧妙地利用了MOFs的不稳定性，将其转化为检测Th4+离子的独特优势。
为进一步提升检测效率与便捷性，研究团队还设计了一款便携式红绿蓝(RGB)三原色光电读取装置。该装置能够迅速将MOFs的发光颜色转换为RGB值，并通过Logistic函数模型建立B/(R+G)比值与Th4+浓度之间的定量关系。这一创新不仅简化了检测流程，还实现了在5分钟内快速、准确地测定Th4+浓度，且对Th4+离子具有优异的选择性。
这项研究不仅为放射性核素的检测提供了一种全新的思路和技术手段，也为未来放射性污染物的快速筛查与监测奠定了坚实基础。随着技术的进一步成熟与推广，这一成果将在环境保护、核能安全等领域发挥重要作用。
资料来源：交大新闻网
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