重金属イオン検出のためのセルロース系比色センサーの万能化

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Carbohydr Polym.2020 May;236:116037. S0144-8617(20)30211-3. doi: 10.1016/j.carbpol.2020.116037.Epub 2020-02-19.

重金属イオン検出のためのセルロース系比色センサーの万能化

Universal preparation of cellulose-based colorimetric sensor for heavy metal ion detection.

Meng Zhang
Lina Zhang
Huafeng Tian
Ang Lu

PMID: 32172853 DOI: 10.1016/j.carbpol.2020.116037.

抄録

重金属イオン(HMI)検出用の比色センサーとして、セルロース/染料複合フィルムを簡便かつ普遍的に作製する方法を開発した。セルロース溶液をエタノール中で再生した後、さらに染料/エタノール溶液に浸漬し、ホットプレスすることで、セルロース/染料複合フィルムを得ることができた。1-(2-ピリジルラゾ)-2-ナフトール(PAN)を例に挙げ、得られたセルロース/染料複合フィルム(CPs)は、堅牢な機械的特性(引張強さ52.9MPa)、光透過性、熱力学的安定性を有していた。PANは、PANのアゾ基のNとセルロースとの相互作用により、セルロース上に30nmのナノ粒子として均一に分布していた。Zn検出用の比色センサーとして使用した場合、CPの検出限界は100ppbと低く、水道水で試験しても色の変化は識別可能であった。さらに、1-(2-チアゾリルアゾ)-2-ナフトール(TAN)とジゾン(Dith)を含む2種類の色素のセルロースへの固定化にも成功し、得られた膜はZnやCuなどのHMIに対して有効な比色センサーとなりました。本研究は、セルロースを用いた比色センサーやHMI検出法を簡便かつ普遍的に作製する方法を提供し、水処理や天然資源の利用に大きな可能性を示すものである。

A simple and universal strategy was developed to prepare cellulose/dye composite film, as colorimetric sensor for heavy metal ions (HMIs) detection. After regenerating cellulose solution in ethanol, the regenerated films were further soaking in dye/ethanol solution followed by hot-pressing, to obtain cellulose/dye composite films. 1-(2-pyridylazo)-2-naphthol (PAN) was used as an example, and the resultant cellulose/PAN composite films (CPs) possessed robust mechanical property (tensile strength of 52.9 MPa), light transmittance, and thermodynamic stability. PAN distributed uniformly as nanoparticles of 30 nm on cellulose because of the interaction between N of azo group of PAN and cellulose. When used as colorimetric sensor for Zn detection, the detection limit of CP was as low as 100 ppb, and the color change was distinguishable after testing with tap water. Moreover, two more dyes including 1-(2-thiazolylazo)-2-naphthol (TAN) and dithizone (Dith) were also immobilized successfully on cellulose, and the resultant films were effective colorimetric sensor for HMIs like Zn and Cu. This work provided a facile and universal method to prepare cellulose-based colorimetric sensor or HMI detection, demonstrating great potential in water treatment and natural resources utilization.