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【分析】Anal. Chem.：咪唑功能化共轭聚合物用于六价铬的现场可视化检测和高效去除

时间：2024-04-02 来源：浏览：

【分析】Anal. Chem.：咪唑功能化共轭聚合物用于六价铬的现场可视化检测和高效去除

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铬（Cr）广泛应用于电镀、冶金、纺织、皮革等行业。三价铬[Cr(Ⅲ)]和六价铬[Cr(Ⅵ)]是存在于环境中的两种主要价态。Cr(Ⅲ)对调节血糖平衡和降低胆固醇至关重要，而Cr(VI)即使在低浓度下也是国际公认的强致癌物，易引起溶血、急性肾功能衰竭和遗传物质改变等健康问题。因此，建立一种现场可视化检测并高效去除环境水中Cr(VI)的方法具有重要意义。

近期， 西安交通大学 化学学院 高瑞霞 教授课题组提出了一种 咪唑功能化的聚芴和聚二噻吩苯并噻二唑共轭聚合物（PF-DBT-Im）作为环境水中Cr(VI)的高灵敏度荧光探针和智能吸附剂 。相关成果发表在国际化学权威杂志 Analytical Chemistry 上。西安交通大学化学学院硕士研究生 栗泽红 为论文的第一作者，西安交通大学 高瑞霞 教授、郝旖副教授为论文的共同通讯作者，西安交通大学为论文完成的第一单位。该研究得到国家自然科学基金、陕西省自然科学基金的支持。

图1. 双功能PF-DBT-Im用于超灵敏检测与高效去除Cr(VI)的示意图

作者采用Suzuki聚合法合成聚芴和聚二噻吩苯并噻二唑为骨架的供受体型共轭聚合物，其中芴（F）为供体，二噻吩苯并噻二唑（DBT）为受体，保持DBT的摩尔比在5%以下使聚合物主链中F到DBT段较弱的链内FRET效应。随后，将1-甲基咪唑基团修饰到PF-DBT-Br的侧链上，得到咪唑功能化的共轭聚合物（PF-DBT-Im）。PF-DBT-Im可与Cr(Ⅵ)形成非荧光基态复合物，引发420 nm波长处发生明显的荧光淬灭，而640 nm波长处荧光强度的略微下降，呈现出从蓝色到品红色的明显发射颜色变化，实现Cr(Ⅵ)的比率型荧光检测，检测限低至1.77 nM。同时，构建了基于智能手机的便携式设备，用于Cr(VI)的现场实时监测。

图2.（a）PF-DBT-Im的结构式；（b）加入 Cr(Ⅵ) 后 PF-DBT-Im（10 μM）的发射光谱。插图：聚合物溶液在紫外灯（365 nm）下发射颜色的变化以及 Stern-Volmer 图；（c）基于智能手机的便携式传感设备图以及Cr(VI)的荧光检测原理

此外，PF-DBT-Im上的溴离子（ Br ^- ）可与 Cr ₂ O ₇ ^2- 发生交换反应作为一种高效去除Cr(VI)的吸附剂。PF-DBT-Im对Cr(VI)的吸附遵循伪二阶和 Langmuir 吸附模型，理论吸附量达到128.71 mg g ⁻¹ ，PF-DBT-Im在干扰离子存在的情况下对Cr(VI)仍具有较强的选择性，且吸附在PF-DBT-Im上的Cr(VI)仅需10分钟就可被1 mol L ^-1 的KBr水溶液完全洗脱并循环使用至少5次。通过模拟计算验证PF-DBT-Im与Cr(VI)之间存在多重相互作用（静电、氢键、阴离子-π和络合）。

图3.（a）PF-DBT-Im的动力学吸附图和伪一阶、伪二阶动力吸附模型拟合图；（b）PF-DBT-Im的等温吸附图和Langmuir、Freundlich等温吸附模型拟合图；（c）竞争离子对PF-DBT-Im 吸附Cr(VI)的影响；（d）PF-DBT-Im 吸附Cr(VI)的重复利用率。

小结

本研究充分利用咪唑功能化共轭聚合物的“分子导线”效应和离子交换位点，将双功能PF-DBT-Im用于环境水中Cr(VI)的荧光检测和高效去除。PF-DBT-Im通过与Cr(VI)形成非荧光基态复合物从而用于超灵敏检测Cr(VI)，检测限1.77 nM。进一步搭建基于智能手机的便携式设备用于现场、实时、可视化监测Cr(VI)。此外，PF-DBT-Im上的溴离子（ Br ^- ）与 Cr ₂ O ₇ ^2- 发生交换反应，且与Cr(VI)之间存在多重相互作用，使PF-DBT-Im对Cr(VI)展现出优异的选择性去除效果。该研究拓展了共轭聚合物PF-DBT-Im在环境水监测和治理方面的应用。

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