固体所在实时可视化检测环境中重金属铬离子方面取得新突破

近期，中国科学院合肥物质院固体所能源材料与器件制造研究部蒋长龙研究员团队在实时可视化检测环境中Cr3+研究方面取得新进展。研究团队设计了一种以嵌段共聚物形成的卟啉纳米颗粒为传感核心的比率荧光探针，用于超灵敏检测环境中的Cr3+；利用所设计的纳米探针和智能手机可以将荧光照片的颜色信息转化为数字信息，并进行实时分析；根据土壤和水中Cr3+的不同环境要求开发了两种便携式荧光传感设备。相关研究成果发表在国际化学领域TOP期刊Sensors and Actuators B: Chemical ( Sensor. Actuat B: Chem., 417, 2024, 136133)上。      在经济快速发展的现代社会，过度开发和利用地球资源（如电镀、皮革制革、纺织制造和金属采矿）导致环境中的铬污染日益严重。铬离子在环境中多以六价和三价形式存在，其污染对社会生态和人类健康会造成严重危害。现有的铬离子检测主要集中在 Cr6+，与 Cr3+相关的检测往往被忽视。然而，Cr3+对土壤、水和动植物的生长都有一定的影响，人体内Cr3+的异常积累也会破坏身体的抗氧化系统，影响肺、脑、肝和肾等器官的正常功能，对人类健康构成威胁。

鉴于此，研究人员开发了以嵌段共聚物形成的卟啉纳米粒子为传感核心的比率荧光探针，并将其与智能颜色识别系统相结合构建便携式荧光传感设备，实现了对环境中Cr3+的现场快速灵敏检测。比率荧光纳米探针的传感机理是将蓝色碳点（BCDs）作为内标物，以通过溶剂蒸发诱导嵌段共聚物和卟啉的自组装形成的卟啉纳米粒子（TAPP NPs）作为传感底物。当捕获到Cr3+时，Cr3+与TAPP NPs形成金属纳米粒子复合物，引起配体金属电荷转移（LMCT），导致卟啉纳米粒子的荧光淬灭，而内标BCDs的荧光不受影响。这样的传感机制使得探针表现出从红色到蓝色的一系列荧光变化。根据土壤和水中Cr3+的不同环境要求，结合智能手机的颜色识别APP设计了两种便携式荧光传感设备。通过识别相应的颜色，将其转换为数据信息进行存储和分析，完成从视觉到数据的转换，进而实现Cr3+的定量检测。该研究中构建的比率荧光传感策略可以为Cr3+的实时监测提供一种新的方法，为构建实时、原位、快速、直观的环境重金属检测奠定基础。

上述研究工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划和安徽省重点研发计划的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.136133

图. 基于卟啉纳米粒子的便携式智能传感设备可视化检测环境中Cr3+的示意图。