高选择性铀酰离子聚合物荧光探针的设计合成与检测机制研究

Exploration and application of nuclear power raise the exposed propability of creature and environment to uranium. Detection of trace uranium in aqueous media is therefore quite important concerning environment safety and human health because of its chemical and radiological toxicity. Recent researches on detection of uranium most rely on sophisticated equipment and technique based on biomaterials. The required instrument is usually expensive and complicated preparation and operation was needed for fabricating biomaterials, which make real-time and on-site test unavailable. This subject will perform uranyl ion detection by convenient fluorescence technology. And the functional fluorescent group will be grafted on the polymer which could adsorb uranyl ion, to prepare polymer probe with low cost and high selectivity, for making up the deficiency of small molecules’ low sensitivity and monotonous property. The performance of the probe can be improved by combining enrichment effect of polymer and response of active groups towards uranyl ions. The effects of the composition and topology on the performance of the resultant materials as well as their detection mechanism will be investigated. Because of the low cost of preparation of polymer and operation of fluorescence technique, high selective polymer probe which cloud be used for real-time and on-site detection, can be prepared.

核能的不断开发利用增加了生物和环境与铀接触的概率。由于铀具有较高的化学毒性和放射毒性，因此水溶液中痕量铀的检测对于环境和人类健康具有重要意义。目前关于铀元素的检测研究多依赖于精密仪器以及一些生物方法。然而，所用仪器设备通常比较昂贵，生物方法需要比较复杂的制备以及操作过程，不利于实时、现场检测。本项目拟采用便捷的荧光技术进行对铀酰离子的检测。针对荧光小分子探针灵敏度低、性质单一等问题，将其接枝到对铀酰离子具有吸附作用的聚合物材料中，得到低成本、高选择性的聚合物荧光探针。通过聚合物富集和荧光小分子基团响应的协同作用，提升探针的检测性能。考察聚合物结构对材料性能的影响规律及荧光响应机制。聚合物的合成以及荧光测试方法成本较低，操作简便，最终可以得到实时、现场检测的高选择性铀酰离子聚合物荧光探针。

由于煤矿、石油等不可再生资源变得日益枯竭，能源问题变得越来越严重。因此，像核能这样的清洁能源受到世界范围内广泛的关注。随着核能的使用日益增长，作为核能的主要原料之一，铀对人们的健康产生了一定的威胁。因为铀对人类和环境具有很高的毒性，包括化学毒性和放射毒性。铀酰离子是铀最稳定的存在形式之一，它能够溶解在水中，在环境中迁移。因此，对铀酰离子的检测至关重要。到目前为止，关于铀酰离子的检测方法有很多，其中有些需要利用比较昂贵的仪器。利用这些方法对操作者要求通常也比较严格，因此不利于实际的现场检测。在该项目中，我们开发出了一种新型的基于偕胺肟基团的荧光聚合物的方法用来检测铀酰离子，该方法具有很高的灵敏度和选择性。该聚合物探针是通过缩合反应后经过氨肟化修饰得到。对铀酰离子的检测区间为10-150 nM；响应时间很短，约为200秒。该材料与铀酰离子具有很强的络合作用，可以对环境中的样品进行测量。另外，我们也开发出一种特点尺寸的CdTe量子点探针材料用于铀酰离子检测。当量子点尺寸为6.8 nm的时候得到最优化的结果，具有非常好的选择性。该探针材料的检测限为7.88 nM；线性检测区间为23.6-400 nM。根据实验推断其检测机理为铀酰离子和量子点表面的Te发生反应，从而发生淬灭作用。除此之外，我们在七叶苷对铀酰离子的检测体系中发现，当引入介孔材料SBA-15时，可以有效地提高材料的灵敏度和选择性。其线性检测范围是0.001–0.05 μM；检测限为6 nM。材料在性能上的提升得益于SBA-15对七叶苷和铀酰离子的吸附作用。所有这些探针材料都是基于简便的荧光技术，为开发出实际的现场检测铀酰离子方法奠定了一定的基础。