一種熒光變色傳感器可提高釷檢測效率

近日，西安交通大學能源與動力工程學院核科學與技術學院林健教授團隊開發了一類熒光顏色可調的鑭系金屬有機框架（Ln-MOFs）作為釷（Th）Th⁴⁺離子的熒光變色傳感器。這些傳感器基于創新的溶解-重結晶機制，實現了Th⁴⁺離子實時可視化檢測。同時，團隊還設計了一種與材料熒光匹配的便攜式紅綠藍（RGB）三原色光電讀取裝置，顯著提高了檢測效率。相關研究成果發表在《德國應用化學》上。

釷（Th）作為地殼中豐度最高的錒系元素，常和稀土元素伴生于稀土礦石中。在這些礦石的開采和加工過程中，釷會隨廢料和廢水排放到環境中，造成環境放射性污染。傳統儀器分析技術雖然具有高精度和靈敏度，但其樣品前處理復雜且設備昂貴，不適合實時快速檢測。因此，亟需開發快速、便攜的釷檢測新方法。

研究人員通過調節鑭系金屬離子Eu³⁺和Tb³⁺的摻雜比例，成功實現了Eu_xTb_1-x-BDC-OH熒光顏色從綠色、黃色、橙色到紅色的精細調節。上述Ln-MOFs對Th⁴⁺離子表現出優異的熒光變色特性，隨著Th⁴⁺離子濃度的增加，熒光從鑭系離子的發光逐漸轉變為配體的藍色熒光。其中，Eu-BDC-OH因其較快的熒光變色響應，對Th⁴⁺離子的檢出靈敏度最高。

該研究團隊發現，作為比鑭系金屬離子更硬的路易斯酸的Th⁴⁺能夠促使Eu_xTb_1-x-BDC-OH的溶解，并通過重結晶轉變為UiO型的Th-MOF，從而實現熒光顏色從金屬發光向配體發光的轉變。盡管MOFs的穩定性通常被視為實際應用的重要前提，但團隊巧妙地利用了MOFs的不穩定性，通過獨特的溶解–重結晶機制實現了對Th⁴⁺的可視化檢測。

此外，作者設計的RGB光電讀取裝置能夠直接將懸浮液中MOFs的發光顏色轉換為RGB值。利用Logistic函數模型，成功建立了B/(R+G)比值與Th⁴⁺濃度之間的定量關系。該方法不僅無需依賴復雜的專業儀器，還能在5分鐘內快速檢測Th⁴⁺濃度，并且對Th⁴⁺離子的識別具有優異的選擇性。

該工作基于軟硬酸堿理論，創新性地提出了基于溶解-重結晶的熒光傳感新機制，為放射性核素的檢測乃至分離提供了一種新思路。

相關論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202410453