據(jù)悉，北方稀土的“稀土超分子傳感材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱(chēng)“項(xiàng)目”）被列為2020年內(nèi)蒙古關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)計(jì)畫(huà)專(zhuān)案。稀土超分子薄膜因具有良好的光穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，而能用於檢測(cè)廢水廢氣中的有機(jī)物小分子、重金屬離子以及揮發(fā)胺，能及時(shí)預(yù)防污染物向環(huán)境中擴(kuò)散，該技術(shù)的應(yīng)用操作簡(jiǎn)單，結(jié)果可靠，對(duì)提升稀土產(chǎn)品的附加值意義重大。
目前，在現(xiàn)有多種檢測(cè)污染物的方法中，基於螢光的化學(xué)檢測(cè)相比於其它的設(shè)備有著更多的優(yōu)勢(shì)，比如具有高信噪比輸出，操作簡(jiǎn)單，成本低廉，結(jié)果可靠等。專(zhuān)案負(fù)責(zé)人、包頭稀土研究院高級(jí)工程師李靜雅認(rèn)為，螢光感測(cè)器以其靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)已成為感測(cè)器領(lǐng)域的主要研究物件之一，但尋找到合適的材料構(gòu)築實(shí)用化的螢光感測(cè)器仍然面臨諸多挑戰(zhàn)。
據(jù)黑龍江大學(xué)李洪峰教授介紹，稀土配合物具有螢光量子產(chǎn)率高，斯托克斯位移位移大，發(fā)射譜帶較窄和螢光壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使之可以有效克服來(lái)源於檢測(cè)體系的背景螢光，提高檢測(cè)的靈敏度和精確度。
但因要同時(shí)兼顧材料的滲透性、器件的製造和優(yōu)異的性能非常具有挑戰(zhàn)性，所以關(guān)於稀土基配合物作為污染物檢測(cè)感測(cè)器的開(kāi)發(fā)較少。尤其值得關(guān)注的是，傳感性能的成功實(shí)現(xiàn)要求材料應(yīng)具有一定的孔隙率。
然而，稀土離子較大的配位數(shù)往往會(huì)導(dǎo)致材料形成緻密體的聚集體。稀土金屬有機(jī)框架雖然具有多孔和明確的通道，但通道內(nèi)的溶劑分子通常阻礙目標(biāo)分子進(jìn)入通道，造成它們與識(shí)別位點(diǎn)的相互作用受到限制，而溶劑分子的去除通常導(dǎo)致框架的崩潰，讓薄膜成型難度加大。
該專(zhuān)案結(jié)合分子籠的空間選擇性、滲透性和稀土離子的特殊光譜特徵，研究開(kāi)發(fā)一類(lèi)新型稀土超分子材料並將其製成薄膜用於檢測(cè)有機(jī)物小分子、重金屬離子及揮發(fā)胺，以彌補(bǔ)螢光感測(cè)器的不足。
據(jù)悉，目前專(zhuān)案已投入計(jì)畫(huà)並順利實(shí)施，專(zhuān)案團(tuán)隊(duì)前期在實(shí)驗(yàn)室採(cǎi)用以三苯胺作為面式配體，以稀土銪離子為頂點(diǎn)，構(gòu)築了一種具有空穴結(jié)構(gòu)的稀土四面體籠超分子材料，該稀土超分子材料具有較好的溶解性，可以用旋塗方法製備成薄膜。
為了進(jìn)一步檢測(cè)薄膜的一些化學(xué)特性，專(zhuān)案研發(fā)團(tuán)隊(duì)還針對(duì)薄膜對(duì)各種不同濃度胺/NH3氣體的螢光回應(yīng)及檢測(cè)限進(jìn)行了探究。將不同濃度的NH3、丙胺、二丙胺、三丙胺、芐胺、苯乙胺、苯胺蒸汽通入裝有稀土超分子薄膜的測(cè)試皿中，讓稀土超分子薄膜與胺/NH3蒸汽充分作用後，測(cè)定螢光強(qiáng)度隨胺/NH3濃度的變化曲線。
隨後又對(duì)稀土超分子薄膜的螢光強(qiáng)度增加率與各種胺濃度的關(guān)係進(jìn)行了探究發(fā)現(xiàn)，如果以檢測(cè)能到螢光強(qiáng)度變化率是0.1%為優(yōu)良光學(xué)檢測(cè)器的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，得到胺類(lèi)物質(zhì)的檢測(cè)限為微克級(jí)。
所謂檢測(cè)限指某一分析方法在給定的可靠程度內(nèi)可以從樣品中檢測(cè)待測(cè)物質(zhì)的最小濃度或最小量，這個(gè)微克級(jí)的檢測(cè)限遠(yuǎn)低於大多數(shù)的胺類(lèi)物質(zhì)螢光檢測(cè)器，並且遠(yuǎn)低於美國(guó)職業(yè)安全委員會(huì)所規(guī)定的允許暴露界限，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。
同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道了，該稀土超分子材料薄膜對(duì)胺類(lèi)物質(zhì)的回應(yīng)時(shí)間為亞秒級(jí)並對(duì)胺類(lèi)物質(zhì)的測(cè)試具有可逆性。
李靜雅表示，該專(zhuān)案能夠有效推動(dòng)稀土功能材料應(yīng)用技術(shù)研究開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步拓展北方稀土產(chǎn)業(yè)鏈。
