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这篇综述聚焦金属有机框架(MOFs)在检测二噁英及二噁英类有机污染物方面的应用。MOFs 因独特结构和性质,在传感领域备受关注。文中阐述了相关污染物危害、MOFs 传感原理及实际应用,对该领域研究意义重大。
引言
金属有机框架(MOFs)是一类与金属簇配位的多孔有机聚合物,属于配位网络或配位聚合物。其通过重复的配位实体在一维伸展,或通过多条单链、环、螺环连接形成二维或三维网络结构。由于具有晶体结构、较大的比表面积、可定制性和可调节的孔径,MOFs 在化学检测、储能、催化和气体存储等领域展现出应用潜力。
有机污染物是全球性的广泛问题,它们在生产、使用后被大量释放,通过生物放大和积累,对环境和所有生物产生即时和长期的负面影响。持久性有机污染物(POPs)是一类含碳的有机分子,具有持久性、生物累积性和长距离迁移性。环境中的 POPs 主要有三类:一是农药,如滴滴涕(DDT)及其分解产物等有机氯农药;二是技术和工业用化学品,如多氯联苯(PCBs)、多溴二苯醚(PBDEs)、全氟辛烷磺酸(PFOS);三是工业过程产生的物质,如多环芳烃、多氯二苯并 - 对 - 二噁英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs) 。
近年来,MOFs 因其独特的性质,如导电性、磁性、发光性和变色性,在检测挥发性有机化合物(VOCs)和气体方面被广泛研究。其可调节的孔隙结构使其能在不同物理和化学条件下,对多种分析物做出良好响应,实现对各种分析物的便捷检测。
二噁英及其来源和健康危害
世界卫生组织和美国环境保护署将二噁英类化合物(DLCs)列为持久性有机污染物(POPs)。这是因为它们具有持久性、广泛传播性、生物累积性,会在食物链中富集并增强毒性,对人类健康造成诸多危害,如导致出生缺陷、促进癌症发生、改变免疫系统功能等。由于环境中存在少量此类物质,全球空气、土壤和水的污染问题持续存在。
金属有机框架作为传感器
MOFs 被广泛用作检测不同污染物的传感器,这些污染物包括二噁英、二噁英类化合物、农药以及其他有机污染物。
实际应用和生物相容性
- AuNP/Zr - MOF 复合材料:Cheng 等人开发的 AuNP/Zr - MOF 复合材料,能从真实牛奶样品中有效检测出极低浓度(1.2 ppt)的 2,3,7,8 - 四氯二苯并 - 对 - 二噁英(TCDD)。这一成果对于食品安全检测具有重要意义,能够精准检测牛奶中痕量的二噁英污染物,保障消费者的健康。
- Zn - 和 Cu - 基 MOFs:Zhan 等人合成的 Zn - 和 Cu - 基 MOFs,可以检测变质肉类和乳制品释放的挥发性有机化合物(VOCs),并根据这些 VOCs 的差异区分新鲜和变质产品。这种检测方式在食品质量监控领域具有潜在应用价值,有助于及时发现变质食品,减少食品安全隐患。
结论
金属有机框架是一种复杂的结构,已被证明是高效检测多种有机污染物的传感器,这些污染物涵盖二噁英、农药、挥发性有机化合物、芳烃和多环芳烃等。由于其可调节性、高比表面积以及与其他材料相互作用的独特性质,金属有机框架(MOFs)在检测有机污染物方面具有显著优势,在环境监测、食品安全检测等领域展现出广阔的应用前景。未来,随着研究的深入,有望进一步优化 MOFs 的性能,拓展其在更多领域的应用,为保障环境和公众健康发挥更大作用。