基于二苯并-18-冠-6的高选择性光学传感器：皮摩尔级铅离子检测技术及其对人类健康与环境的可持续保护意义

研究人员针对铅离子(Pb2+ )污染对健康与环境的威胁，开发了一种基于二苯并-18-冠-6(DB18C6)的PVC膜光极传感器。该传感器通过主客体络合机制，在pH 5.0乙酸盐缓冲液中实现10?12 ?10?8 M超灵敏检测，响应时间<2分钟，并成功应用于尿液和工业废水样本，回收率达97-108%。该技术为重金属污染监测提供了高特异性、便携化的解决方案。

　　

【研究背景】
重金属污染已成为全球性环境健康危机，其中铅离子(Pb²⁺
)因其神经毒性和生物累积性备受关注。即使极低浓度的铅暴露也会导致儿童智力发育迟缓、成人肾功能损伤等严重后果。传统检测方法如原子吸收光谱虽准确，但设备昂贵且难以现场应用。而现有光学传感器普遍存在选择性差、检测限高等瓶颈。针对这一挑战，来自伊玛目穆罕默德·本·沙特伊斯兰大学的研究团队在《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》发表创新成果，首次将冠醚化学与光极技术结合，开发出迄今最灵敏的铅离子光学传感器。

【关键技术】
研究采用聚氯乙烯(PVC)膜为载体，优化配比整合二苯并-18-冠-6(DB18C6)离子载体、ETH 5294显色离子载体及钠四(3,5-双三氟甲基苯基)硼酸盐(STB)离子交换剂。通过紫外可见光谱(UV-Vis)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证主客体络合机制，采用摩尔比法确认1:1结合计量学。实际样本检测涵盖加标尿液和工业废水。

【研究结果】

1. 响应机制解析
   FTIR证实DB18C6的醚键氧原子与Pb²⁺
   形成配位键，UV-Vis显示特征峰从280 nm红移至265 nm。竞争实验表明该传感器对Ag⁺
   、K⁺
   等15种干扰离子的选择性系数>10³
   ，归因于冠醚空腔尺寸与Pb²⁺
   离子半径(1.19 ?)的精确匹配。

2. 性能表征
   传感器在pH 5.0乙酸盐缓冲液中呈现Nernstian响应，线性范围跨越4个数量级(1 pM-10 nM)，检测限达1.0×10^?12
   M。响应时间快于2分钟，且膜重复使用20次后信号衰减<5%。

3. 实际应用
   加标尿液样本回收率97.3-102.8%(RSD<1.1%)，工业废水回收率98.6-107.9%，验证了方法可靠性。与ICP-MS对比测试显示相对误差<3.2%。

【结论与意义】
该研究首次实现冠醚类化合物在体相光极中的创新应用，通过"软硬酸碱理论"指导的分子设计，突破传统传感器选择性/灵敏度难以兼得的困境。其皮摩尔级检测能力可预警极低浓度铅暴露风险，为环境监测和临床毒理学提供革命性工具。研究获沙特科研资助(IMSIU-DDRSP2502)，作者声明无利益冲突。技术优势包括：① 较电化学传感器更抗电磁干扰；② 较荧光法更易微型化；③ 成本仅为质谱分析的1/20。未来可通过智能手机集成进一步推动现场检测普及。