水溶性ポルフィリンの水溶液中での有害重金属イオンの光センサーとしての応用

Water soluble porphyrin as optical sensor for the toxic heavy metal ions in an aqueous medium.

• Gehan Sallam
• Shaban Y Shaban
• Aly Nassar
• Mohamed E El-Khouly

抄録

ここでは、メソ-テトラ(N-メチル-4-ピリジル)ポルフィリントルエンスルホン酸塩(TMPP)の水溶液を用いて、UV-vis吸収法,定常蛍光法,時間分解蛍光法,フロー停止法,サイクリックボルタンメトリー法などの異なる物理化学的手法を用いて、水系媒体中の有害重金属イオンの同時検出を行った結果を報告する。有機溶媒（EtOH、DMSO、DMF、MeOHおよびACN）中での定常吸収および蛍光スペクトルは、モノマー形態の形成を示した（λ=426nmおよびλ=654および715nm）。THFと水では、異なるスペクトル特徴が記録され、両方の溶媒で凝集体が形成されていることが示唆された。また、水中での凝集体の形成は、TMPP濃度の増加に伴って一重項励起TMPPの顕著な蛍光消光を記録することで確認された。カチオン性ミセル(CTAB)では、CMC値6.0×10Mを境に吸収スペクトル及び蛍光スペクトルが有意に減少した。アニオン性ミセル(SDS)では、CMC値は1.0×10Mであった。異なる金属イオンと相互作用した場合、TMPPの吸収スペクトルと蛍光スペクトルは、金属イオンによって異なる特徴を示した。TMPPの光学的研究では、Mn, Co, Ba, Niの存在下では有意な相互作用は認められなかったが、TMPPは水中の有害金属イオン、特にHg, Pb, Cu, Cdイオンのための単一の光学化学センサーとして機能することが示された。

Here we report the photophysical and sensing properties of the aqueous solution of meso-tetra(N-methyl-4-pyridyl)porphyrin toluene sulfonate (TMPP) for simultaneous detection of toxic metal ions in an aqueous medium by using different physiochemical methods such as UV-vis absorption, steady state and time resolved fluorescence, stopped flow, and cyclic voltammetry. The steady-state absorption and fluorescence spectra in organic solvents (EtOH, DMSO, DMF, MeOH and ACN) showed the formation of monomer form (λ = 426 nm and λ = 654 and 715 nm). In THF and water, different spectral features were recorded suggested the formation of aggregated forms in both solvents. The formation of aggregated form in water was confirmed by recording the remarkable fluorescence quenching of the singlet excited TMPP with increasing the concentrations of TMPP. In cationic micelles (CTAB), both the absorption and fluorescence spectra were significantly decreased with increasing the concentrations of CTAB with a break at CMC value at 6.0 × 10 M. In an anionic micelle (SDS), the CMC value was found to be 1.0 × 10 M. Upon interacting with different metal ions, the absorption and fluorescence spectra of TMPP showed different features depending on the metal ions. While the optical studies of TMPP showed no significant interaction in the presence of Mn, Co, Ba, and Ni, TMPP showed that it can function as a single optical chemical sensor for the toxic metal ions in water, particularly Hg, Pb, Cu, and Cd ions.

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