可裸眼比色识别的快速检测方法用于环境重金属污染监测

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随着工业化的快速发展,对于金属类制品和矿物原料的需求量也不断增加。与此同时,也带来了极为严重的重金属污染问题。为了有效遏制重金属污染问题并对其进行合理有效的治理,对于重金属污染程度实行监测普查来实现各介质中重金属污染水平的实时监测是至关重要的。目前常见的污染检测手段多为实验室的理化分析,此过程复杂繁琐、处理时间长、成本高,无法在短时间内实现高频率的重金属污染水平的快速调查。而受到广泛关注的便携式纳米检测器虽提高了检测速度,但当有其他重金属离子或浊液(土壤浸出液、废水)干扰时,其选择性、稳定性、精确度降低,且重现性差。为解决目前重金属检测效率低,工作量大,现场检测极易受周围因素干扰的问题,本研究以常见的重金属铬(Cr(Ⅵ))离子作为检测对象,设计及制备了一种基于多官能团化天然高分子复合材料的固液两相功能化学检测器,依靠固液两相同时检测相互验证以提高检测的精准度,通过简单的投加,即可凭借裸眼可见的方式实现在固液两相中的特异性、快速检测,继而对环境介质中的重金属污染程度的进行快速精确的划分。研究首先采用天然高分子作为荧光传感器的基本骨架,分别选用壳聚糖基、纤维素基、海藻酸钠基作为传感器的骨架材料,并引入功能化基团磺酸基团以及巯基。通过FT-IR、HNMR、SEM对天然高分子基检测器进行了结构表征,并加入Cr(Ⅵ)离子溶液中根据实际检测效果筛选出最优材料,实验结果表明壳聚糖基材料效果最优且可实现固液两相复配检测。进一步探究壳聚糖固液两相功能化学检测器的性质,进行裸眼比色识别的性能研究结果表明,该检测器的荧光强度与Cr(Ⅵ)的浓度变化呈线性关系,从10 ppm到100 ppm,可根据溶液浅黄色变为橙红色的过程对溶液中相应的Cr(Ⅵ)浓度进行了污染程度的划分,并且该颜色变化的响应时间短,30 s内即可完成对于Cr(Ⅵ)的检测;同时,该传感器区别于常见污染源铁离子、镍离子、镉离子、铜离子、铅离子,对于Cr(Ⅵ)的检测具有特异性识别的功能。更重要的是,研究发现该传感器具有抗干扰的特性,反应30 min后,检测器材料可自动固化分离,并且固化物随着Cr(Ⅵ)浓度的增加,颜色由浅黄色变为蓝绿色。其中的主要机理是固液两相功能化学检测器的磺酸基、巯基与Cr(Ⅵ)离子发生配位结合,导致固液两相功能化学检测器荧光特性的降低,即产生荧光猝灭效应。在肉眼可见范围表现为液相溶液的颜色随着Cr(Ⅵ)离子浓度而增加,并且由于高分子具有水不溶性,在特异性吸附重金属过后可以自动固液分离并在固化物中显色,从而实现固液两相相互验证检测的功能。因此,针对环境重金属污染监测,固液两相功能化学检测器可快速特异性检测Cr(Ⅵ),且可凭借两相颜色变化结果复核,从而增加检测的精确度,为重金属离子的污染监测提供一种可裸眼比色识别的快速检测策略,为后期的环境治理提供一份较为精准的参考。
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