Das Forschungsteam von Prof. Jiang Changlong vom Hefei Institute of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat eine hochempfindliche ratiometrische Fluoreszenzsonde entwickelt, die das Schwermetall dreiwertiges Chrom (Cr3+) in der Umwelt erkennen kann.
„Diese Sonde verwendet Porphyrin-Nanopartikel, die aus einem Blockcopolymer bestehen, als Sensorkern. Die erfassten Fluoreszenzfarbinformationen können in digitale Daten umgewandelt und mit einem Smartphone in Echtzeit analysiert werden“, sagte Prof. Jiang.
Die Studie erschien im Sensoren und Aktoren B: Chemie.
Bei der Chromverschmutzung in der Umwelt handelt es sich hauptsächlich um sechswertige Chromionen (Cr6+) und Cr3+, die beide eine ernsthafte Bedrohung für ökologische Systeme und die menschliche Gesundheit darstellen. Die meisten bestehenden Tests konzentrieren sich auf die Erkennung von Cr6+ und übersehen dabei oft Cr3+. Cr3+ hat jedoch auch erhebliche Auswirkungen auf Boden, Wasser sowie das Wachstum von Pflanzen und Tieren.
Vor diesem Hintergrund entwickelten die Forscher ein Verhältnisfluoreszenzsensorsystem, um eine schnelle und empfindliche Vor-Ort-Erkennung von Cr3+ in der Umwelt zu erreichen.
Das System besteht aus zwei Hauptteilen: Blue Carbon Dots (BCDs) als Referenz und Porphyrin-Nanopartikeln (TAPP-NPs) als Sensoren. Wenn Cr3+ vorhanden ist, fangen die TAPP-NPs es ein, indem sie eine spezielle Struktur bilden. Unter UV-Licht hören die TAPP-NPs aufgrund von Ladungstransfer in dieser speziellen Struktur auf zu leuchten, aber die BCDs leuchten weiter. Wenn mehr Cr3+ hinzugefügt wird, ändert sich die Fluoreszenz von Rot nach Blau.
Um verschiedenen Umweltanforderungen gerecht zu werden, wurden zwei tragbare Sensorgeräte entwickelt, die mit einer Smartphone-App zur Farberkennung funktionieren. Die App kann die Farbänderung erkennen, in digitale Daten umwandeln und zur Analyse speichern. Dies ermöglicht eine quantitative Erkennung und eine einfache Visualisierung der Ergebnisse.
Die Fluoreszenzsensorstrategie bietet einen neuen Ansatz für die Echtzeitüberwachung von Cr3+ und ebnet den Weg für eine schnelle, intuitive Erkennung von Schwermetallen in der Umwelt vor Ort.
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Xingzhen Li et al., Auf Porphyrin-Nanopartikeln basierende tragbare Smartphone-Plattform zur visuellen Überwachung des Schwermetalls Cr (Ⅲ) in der Umwelt, Sensoren und Aktoren B: Chemie (2024). DOI: 10.1016/j.snb.2024.136133