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四川大學(xué):開發(fā)出高效檢測(cè)醛類分子的異溫催化發(fā)光傳感系統(tǒng)

傳感器專家網(wǎng) ? 來源:BPCL微光科技 ? 作者:BPCL微光科技 ? 2024-12-06 01:02 ? 次閱讀

四川大學(xué)呂弋研究團(tuán)隊(duì)在國際期刊《Analytical Chemistry》(Anal. Chem. 2024, 96, 11239–11246)上發(fā)表了一項(xiàng)重要研究成果。該研究成功開發(fā)了一種基于釓氧化物(Gd2O3)的異溫催化發(fā)光(CTL)傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)可快速、靈敏地檢測(cè)和區(qū)分六種常見醛類分子,為揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的高效檢測(cè)提供了一種創(chuàng)新、低成本的解決方案,具有廣泛的環(huán)境監(jiān)測(cè)和健康應(yīng)用前景。

一、背景介紹

醛類分子是一類含羰基(?CHO)的有機(jī)化合物,因其高反應(yīng)性被廣泛應(yīng)用于化工、農(nóng)藥、染料和材料工業(yè)中,例如用于合成聚合物、木材防腐劑及消毒劑等。然而,醛類的過量排放對(duì)環(huán)境和健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。甲醛是常見的室內(nèi)污染物,可引起眼睛和呼吸道的刺激甚至致癌;丙烯醛具有較強(qiáng)毒性,高濃度暴露可能致命。長(zhǎng)期接觸醛類會(huì)導(dǎo)致慢性疾病,甚至可能誘發(fā)基因突變。此外,醛類揮發(fā)性強(qiáng)、易燃,與氧氣接觸時(shí)可能發(fā)生劇烈反應(yīng),其檢測(cè)對(duì)環(huán)境安全和健康監(jiān)控至關(guān)重要。

現(xiàn)有的醛類檢測(cè)技術(shù)如氣相色譜、熒光檢測(cè)法和電化學(xué)傳感器盡管靈敏度較高,但普遍存在設(shè)備昂貴、檢測(cè)耗時(shí)、操作復(fù)雜等問題,尤其在區(qū)分結(jié)構(gòu)相似的同系化合物時(shí)存在精度不足的局限性。因此,開發(fā)一種快速、便捷且成本友好的檢測(cè)技術(shù)成為當(dāng)前科學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。wKgZO2dR3UaAadfGAAIlgsVa3UE112.png

二、主要研究?jī)?nèi)容

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地開發(fā)了一種異溫催化發(fā)光傳感器系統(tǒng),該系統(tǒng)利用釓氧化物(Gd2O3)作為核心傳感材料,結(jié)合溫度調(diào)控策略,實(shí)現(xiàn)了對(duì)甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、甲基乙二醛和丙烯醛等六種常見醛類分子的高效檢測(cè)和精準(zhǔn)區(qū)分。通過水熱法優(yōu)化釓氧化物的制備條件,團(tuán)隊(duì)在120°C下合成的Gd2O3展現(xiàn)了最佳催化性能。該材料比表面積大、吸附氧含量高,能夠有效增強(qiáng)催化氧化過程中產(chǎn)生的發(fā)光信號(hào),實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)靈敏度的大幅提升,其中甲醛的檢測(cè)限低至0.001 μg/mL。

所開發(fā)的傳感器系統(tǒng)通過溫度調(diào)節(jié)捕獲目標(biāo)醛類在不同溫度下的CTL響應(yīng)曲線,可獲得獨(dú)特的“星座圖譜”(圖1)。這一創(chuàng)新手段結(jié)合了目標(biāo)分子與傳感材料間的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)特性,不僅可以快速區(qū)分結(jié)構(gòu)相似的同系化合物,還克服了傳統(tǒng)技術(shù)在復(fù)雜氣體混合物檢測(cè)中的抗干擾難題。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了傳感器的性能表現(xiàn),其響應(yīng)時(shí)間短于2秒,恢復(fù)時(shí)間低于45秒,在30天內(nèi)的檢測(cè)性能保持穩(wěn)定。此外,該系統(tǒng)在混合氣體樣品的檢測(cè)中表現(xiàn)出卓越的區(qū)分能力,例如成功識(shí)別并定量分析了甲醛與丙烯醛的混合物。這一系統(tǒng)為快速、高靈敏度的多組分檢測(cè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。wKgZO2dR3UaAcoXYAAGq7i1bxOg797.png

圖1. 基于Gd2O3?的六種醛類星座圖譜判別圖(流速:0.3 L/min,

(A) 甲醛:0.73 μg/mL,

(B) 乙醛:0.65 μg/mL,

(C) 丙醛:1.36 μg/mL,

(D) 丁醛:1.03 μg/mL,

(E) 甲基乙二醛:0.72 μg/mL,

(F) 丙烯醛:1.24 μg/mL)

三、結(jié)論

本研究開發(fā)的異溫催化發(fā)光傳感器系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的瓶頸,以釓氧化物為核心,通過單一傳感材料與溫度調(diào)控實(shí)現(xiàn)了對(duì)六種醛類分子的高效檢測(cè)和精準(zhǔn)區(qū)分。傳感器具備高靈敏度、快速響應(yīng)和長(zhǎng)期穩(wěn)定性,為環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品安全和健康診斷等領(lǐng)域提供了新的技術(shù)支持。研究團(tuán)隊(duì)表示,未來將進(jìn)一步拓展星座圖譜數(shù)據(jù)庫,開發(fā)更廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景,為多組分復(fù)雜化學(xué)物質(zhì)的檢測(cè)提供更強(qiáng)大的解決方案。

資料出處:

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c0076

審核編輯 黃宇

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