Eu掺杂碳点-MOF荧光探针：实现Hg²⁺和Pb²⁺的超灵敏检测

原创

来源：曹璐璐

2025-03-20 15:29:04

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核心提示：本文将介绍一种基于Eu掺杂金属有机框架（MOF）与含硫碳点（CD(s)）复合材料的“开启”荧光探针，该探针能够实现对Hg²⁺和Pb²⁺的超灵敏检测，为环境污染物的监测提供了新的技术手段。

引言

重金属离子如汞（Hg²⁺）和铅（Pb²⁺）是环境中常见的污染物，对生态系统和人类健康构成严重威胁。传统的检测方法如原子吸收光谱法（AAS）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）虽然准确，但设备昂贵、操作复杂，难以满足现场快速检测的需求。因此，开发一种简单、快速、灵敏的检测方法对于环境监测具有重要意义。本文将介绍一种基于Eu掺杂金属有机框架（MOF）与含硫碳点（CD(s)）复合材料的“开启”荧光探针，该探针能够实现对Hg²⁺和Pb²⁺的超灵敏检测，为环境污染物的监测提供了新的技术手段.

正文

一、重金属离子的危害及检测需求

重金属离子如Hg²⁺和Pb²⁺具有持久的毒性和生物累积性，即使在低浓度下也能对生物体产生严重的危害。Hg²⁺可导致神经系统损伤，而Pb²⁺则会影响神经系统、血液系统和肾脏功能。因此，加强对这些重金属离子的监测对于环境保护和公共健康至关重要。然而，传统的检测方法存在设备昂贵、操作复杂、检测结果不直观等缺点，难以满足现场快速检测的需求。荧光传感作为一种新型的可视化传感技术，因其简单、低成本、良好的可视性和低检测限而受到广泛关注。因此，开发新型荧光传感材料以实现水中痕量重金属离子的快速、直观定量检测具有重要意义。

二、Eu掺杂碳点-MOF复合材料的优势

Eu掺杂的MOF复合材料结合了MOF的优异空间结构和功能基团以及碳点的高量子产率和良好的水溶性，展现出卓越的荧光传感性能和检测能力。MOF具有大的比表面积和立体特异性空间结构，不仅能够负载多种发光基团以实现荧光调控，还能利用配体的荧光能量转移实现中心金属的荧光增强。碳点作为一种新兴的荧光材料，具有环境友好、无毒、低成本合成等优点，其丰富的功能基团类型使其易于与MOF结合，调节原始MOF的发光性质，增强CD-MOF复合材料的传感效果。因此，Eu掺杂碳点-MOF复合材料在荧光检测中具有巨大的应用潜力。

三、实验过程与结果

研究人员首先通过水热合成法合成了含硫碳点（CD(s)），并将其与Eu³⁺掺杂的UiO-66-NH₂复合，形成双发射荧光材料UiO-66-NH₂(Eu)-CD(s)。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等手段对材料的形貌和结构进行了表征，确认了其成功合成。实验结果表明，该复合材料对Hg²⁺和Pb²⁺的检测具有良好的线性关系和低检测限，分别为76.67 nM和5.12 nM，且在多种干扰物质存在的情况下仍能保持较高的选择性。此外，该材料还能够实现对实际样品中Hg²⁺和Pb²⁺的自动化检测，具有良好的应用前景。

四、应用前景与挑战

Eu掺杂碳点-MOF荧光探针在环境污染物检测中具有广阔的应用前景。首先，其超高的灵敏度和准确性使其能够检测水中极低浓度的Hg²⁺和Pb²⁺，为环境监测提供了有力的技术支持。其次，该探针操作简便、成本低廉，能够实现现场快速检测，适用于环境监测站、污水处理厂等场所的重金属离子筛查。然而，该技术在实际应用中仍面临一些挑战。例如，如何提高探针的稳定性和重复性，以确保检测结果的长期可靠性和一致性；此外，如何将该技术与其他检测方法相结合，实现多种重金属离子的综合检测，也是未来研究的重要方向。

结论

基于Eu掺杂碳点-MOF复合材料的荧光探针为Hg²⁺和Pb²⁺的检测提供了一种新的有效手段。其优异的荧光性能和检测能力显著提高了检测灵敏度和结果的准确性，为环境污染物检测提供了有力的技术支持。未来，随着相关技术的不断优化和完善，该检测方法有望在环境监测、公共健康等领域得到广泛应用，为保障人类健康做出更大的贡献。

图1.不同Hg²⁺浓度下 (a) UiO-66-NH₂(Eu)-CD(s)和(b)UiO-66-NH₂(Eu)-CD(L-cys)的荧光强度变化；分别向2 mL (c) UiO-66-NH₂(Eu)-CD(s)和(d) UiO-66-NH₂(Eu)-CD(L-cys)分散液中加入 0-60 μL 10 mg/L Hg²⁺或水后荧光强度的变化。