西安交大研發新型熒光傳感器 實現釷離子快速可視化檢測
【化工儀器網 項目成果】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在放射性元素檢測領域取得重大突破，成功開發出一種熒光顏色可調的鑭系金屬有機框架(Ln-MOFs)作為釷(Th)Th4+離子的高效熒光變色傳感器。這一創新成果不僅為放射性污染物的實時監測提供了新工具，還極大地簡化了檢測流程，提高了檢測效率，相關研究成果已發表于國際期刊《德國應用化學》。
釷(Th)作為地殼中豐度最高的錒系元素之一，多數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。稀土開采和加工過程中會產生大量含釷的廢渣，如果處理不當，會造成放射性釷污染，對當地生態環境產生極大的負面影響。針對稀土開采中釷的檢測，傳統檢測方法雖精確但成本高、操作復雜，難以滿足快速、便捷的現場檢測需求。因此，開發一種快速、便攜且經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展開。他們通過精細調控鑭系金屬離子Eu3+和Tb3+的摻雜比例，成功實現了EuxTb1-x-BDC-OH熒光顏色從綠色、黃色、橙色到紅色的精細調節。這些Ln-MOFs對Th4+離子展現出獨特的熒光變色響應：隨著Th4+離子濃度的增加，熒光顏色由鑭系離子的特征發光逐漸轉變為配體的藍色熒光，其中，Eu-BDC-OH表現出極高的靈敏度。
這一現象的背后，是團隊基于軟硬酸堿理論提出的創新溶解-重結晶機制。研究發現，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溶解并重新結晶為UiO型的Th-MOF，從而引發熒光顏色的顯著變化。團隊巧妙地利用了MOFs的不穩定性，將其轉化為檢測Th4+離子的獨特優勢。
為進一步提升檢測效率與便捷性，研究團隊還設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的發光顏色轉換為RGB值，并通過Logistic函數模型建立B/(R+G)比值與Th4+濃度之間的定量關系。這一創新不僅簡化了檢測流程，還實現了在5分鐘內快速、準確地測定Th4+濃度，且對Th4+離子具有優異的選擇性。
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手段，也為未來放射性污染物的快速篩查與監測奠定了堅實基礎。隨著技術的進一步成熟與推廣，這一成果將在環境保護、核能安全等領域發揮重要作用。
資料來源：交大新聞網
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