銅(II)イオンを視覚的に選択的に検出するための緑色メタロクロミック指示薬の開発

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12501 (2023) この記事を引用

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重金属イオン、つまり銅(II) (Cu(II)) は、環境と私たちの健康に有害です。 今回の研究では、バクテリアセルロースナノファイバーに組み込まれたジャンボラオ果実（Syzgiumcumini）から得られるアントシアニン抽出物を利用することで、液体と固体の両方の形態でCu(II)イオンを識別できる、環境に優しく効率的な金属感応性インジケーターを確立しました。 BCNF)。CIE Lab の色パラメーターは、Cu(II) 結合が色の知覚的な変化を引き起こすことを実証しました。 Cu(II)濃度の増加とともに目に見える色が変化することが観察されました。 アントシアニンで修飾されたバクテリアセルロースナノファイバーをATR-FTIRとFESEMを用いて分析した。 センサーの選択性は、鉛 (Pb2+)、コバルト (Co2+)、カドミウム (Cd2+)、ニッケル (Ni2+)、アルミニウム (Al3+)、バリウム (Ba2+)、マンガン (Mn2+)、亜鉛などのさまざまな金属イオンを使用してテストされました。 (Zn2+)、水銀(Hg2+)、ナトリウム(Na+)。 この結果は、提案されたセンサーが Cu(II) イオンに対して優れた選択性を示すことを実証しました。 Cu(II) は、液体サンプルと固体サンプルの検出限界がそれぞれ 10 ～ 400 ppm と 50 ～ 500 ppm のセンシング技術を使用し、肉眼で観察することで正確に識別できます。 作製された緑色金属変色センサーは、シンプル、安価、携帯性があり、リアルタイムで現場での Cu(II) イオンの検出に容易に使用できるものとして期待されています。

銅(II)イオンは、バランスの取れた食事療法を構成する重要なミネラルであり、栄養補助食品に含まれており、失読症や低血糖症などの重篤な病気を引き起こす可能性があります1。 多くの産業が生産プロセスで Cu(II) イオンを放出します。 食物連鎖に入り込み、人体内に蓄積する可能性があります2、3、4。 銅イオンは、家庭用配管システムの腐食や自然の堆積物の浸食によって生成される一般的な汚染物質で、肝臓や腎臓の損傷だけでなく胃腸障害を引き起こす可能性があります。 したがって、それらは重要な重金属イオンの 1 つです5。 Cu(II) イオンは環境や人々の健康に悪影響を与える可能性があるため、Cu(II) イオンを検出するための高感度かつ選択的な化学センサーの開発が緊急に必要とされています。 重金属イオンの検査は、原子吸光分析法および結合プラズマ質量分析法 6、陽極ストリッピングボルタンメトリー 7,8、誘導結合プラズマ質量分析法 9、マイクロプローブ 10、蛍光 X 線分析法 11 など、さまざまな方法を使用して実行できます。 ここで説明した方法は成功していることが証明されていますが、高度な技術要件、時間がかかる性質、破壊的なサンプリング技術、および高価な準備手順により、その使用は制限されています。 今日利用できるさまざまな識別方法の中で、そのシンプルさと現場観察への適性により、比色センサーに大きな注目が集まっています。 主に色ベースのさまざまな検出器に、TMB-Ag(I) 配列、二次元および三次元の規則的な超微孔性モノリス 12、銀ナノ粒子 13、金ナノ材料 14 などが組み込まれていることが発見されました。 化学物質はその有効性にもかかわらず有害であるため、天然色素などの環境に安全なセンサー物質を探索することが重要です。

アントシアニンは、植物、果物、野菜に存在する水溶性色素であり、それらに赤みがかった、青みがかった、または紫がかった色合いを与えます15。 これらは、フラボノイドとして知られる化学物質のグループの一部でもあり、抗酸化特性を有し、その有利な効果により食品技術の分野で大きな注目を集めています16。 酸性条件下では、アントシアニンは赤に見える傾向がありますが、中性条件下では青または紫の色調を示し、アルカリ性条件下では緑または黄色の色調を示します。 赤キャベツ、大根、黒人参、ブドウ、ナスなど、自然界に存在する色鮮やかな食材にはアントシアニンが含まれていますが、トロピカルフルーツのジャンボラオ（Syzygiumcumini）にもさまざまな色があります。 ジャンボラオエキスの主成分であるアントシアニンには、強力な抗酸化作用があります。 フトモモ科に属し、インド固有の小さな卵形のジャンボラオ果実は、アントシアニン含有量が高いため、赤紫から黒色に熟します 17,18。