Разработка зеленого металлохромного индикатора для селективного и визуального обнаружения ионов меди(II)

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12501 (2023) Цитировать эту статью

103 доступа

Подробности о метриках

Ионы тяжелых металлов, то есть меди(II) (Cu(II)), вредны для окружающей среды и нашего здоровья. Текущее исследование позволило создать экологически чистый и эффективный металлочувствительный индикатор, который может идентифицировать ионы Cu(II) как в жидкой, так и в твердой формах, путем использования экстракта антоцианов, полученного из плодов джамболао (Syzgium cumini), который включен в нановолокна бактериальной целлюлозы ( BCNF). Цветовые параметры лаборатории CIE показали, что связывание Cu(II) вызывает заметное изменение цвета. Было замечено, что видимый цвет изменяется с увеличением концентрации Cu(II). Нановолокна бактериальной целлюлозы, измененные антоцианом, анализировали с помощью ATR-FTIR и FESEM. Селективность датчика была проверена с использованием ряда ионов металлов, таких как свинец (Pb2+), кобальт (Co2+), кадмий (Cd2+), никель (Ni2+), алюминий (Al3+), барий (Ba2+), марганец (Mn2+), цинк. (Zn2+), ртуть (Hg2+) и натрий (Na+). Результаты показали, что предложенный сенсор демонстрирует отличную селективность по отношению к ионам Cu(II). Cu(II) можно точно идентифицировать с помощью сенсорного метода с пределами обнаружения в пределах 10–400 ppm и 50–500 ppm для жидких и твердых образцов соответственно, а также путем наблюдения невооруженным глазом. Изготовленный зеленый металлохромный датчик обещает стать простым, дешевым, мобильным и легко управляемым для обнаружения ионов Cu(II) в реальном времени и на месте.

Ионы меди(II) являются важными минералами, которые составляют сбалансированный режим питания, содержатся в пищевых добавках и могут привести к серьезным заболеваниям, таким как дислексия и гипогликемия1. Многие отрасли промышленности выделяют ионы Cu(II) в своих производственных процессах. Он может проникать в пищевую цепь и накапливаться в организме человека2,3,4. Ионы меди являются распространенными загрязнителями, образующимися в результате коррозии бытовых трубопроводных систем и эрозии природных отложений, и могут вызывать желудочно-кишечные расстройства, а также повреждения печени и почек. Следовательно, они являются одними из важных ионов тяжелых металлов5. Разработка высокочувствительных и селективных химических сенсоров для обнаружения ионов Cu(II) крайне необходима из-за его потенциального вредного воздействия на окружающую среду и здоровье людей. Исследование ионов тяжелых металлов может проводиться с использованием различных методов, включая атомно-абсорбционную спектрометрию и масс-спектрометрию со связанной плазмой6, анодную инверсионную вольтамперометрию7,8, масс-спектрометрию с индуктивно-связанной плазмой9, микрозонды10 и рентгенофлуоресцентную спектрометрию11. Хотя обсуждаемые здесь методы оказались успешными, их использование ограничено из-за передовых технологических требований, трудоемкости, методов деструктивного отбора проб и дорогостоящих процедур подготовки. Среди различных методов идентификации, доступных сегодня, значительное внимание уделяется колориметрическим датчикам из-за их простоты и возможности наблюдения на месте. Было обнаружено, что различные детекторы, преимущественно цветные, включают в себя конструкции ТМБ-Ag(I), двух- и трехмерные упорядоченные супермикропористые монолиты12, наночастицы серебра13, наноматериалы золота и т.д.14. Несмотря на свою эффективность, химические вещества вредны, поэтому крайне важно изучить экологически безопасные сенсорные вещества, такие как натуральные пигменты.

Антоцианы — это водорастворимые пигменты, присутствующие в растениях, фруктах и ​​овощах, которые придают им красноватый, голубоватый или пурпурный оттенок15. Они также входят в группу химических веществ, известных как флавоноиды, которые обладают антиоксидантными свойствами и привлекли значительное внимание в области пищевых технологий благодаря своим полезным эффектам16. В кислых условиях антоциан имеет тенденцию приобретать красный цвет, в нейтральных условиях он приобретает синий или фиолетовый оттенок, а в щелочных условиях приобретает зеленые или желтые тона. Присутствующие в природе продукты питания, такие как красная капуста, редис, черная морковь, виноград, баклажаны и другие красочные продукты, содержат антоцианы, но тропический фрукт джамболао (Syzygium cumini) имеет множество цветов. Основной ингредиент экстракта Джамболао, антоциан, обладает сильными антиоксидантными свойствами. Небольшие яйцевидные плоды джамболао, принадлежащие к семейству миртовые и произрастающие в Индии, созревают и приобретают цвет от пурпурно-красного до черного из-за высокого содержания антоцианов17,18.