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本研究的主要作者包括Michael A. Devore II、Spencer A. Kerns和Anne E. V. Gorden，他们均来自美国奥本大学（Auburn University）的化学与生物化学系。该研究发表于《European Journal of Inorganic Chemistry》期刊，发表日期为2015年11月11日。
该研究的科学领域为配位化学与荧光光谱学，主要关注喹喔啉酚类salen配体（quinoxalinol salen ligands）作为铀酰离子（uranyl ion, UO₂²⁺）选择性化学传感器的开发。由于公众对放射性金属污染的关注日益增加，尤其是在核燃料泄漏事件中，开发能够快速、准确地检测铀酰离子的化学传感器显得尤为重要。铀酰离子是铀在水环境中最常见的氧化态，具有高度的水溶性和环境迁移性。传统的检测方法（如原子吸收光谱、电感耦合等离子体光谱等）虽然精确，但设备昂贵、操作复杂且耗时。因此，本研究旨在开发一种基于紫外/可见光谱（UV/Vis spectroscopy）和荧光光谱（fluorescence spectroscopy）的快速、低成本、实时检测方法。
研究流程主要包括以下几个步骤：
1. 配体设计与合成
研究基于喹喔啉酚类salen配体（ligand 1和ligand 2）的框架设计，配体1和配体2分别通过已知的合成方法制备。配体1的分子结构为（1E,1’E）-2,2’-[喹喔啉-6,7-二基双（氮亚甲基）]二酚（salqu），配体2的结构类似但具有不同的取代基。
金属离子滴定实验
通过滴定法研究配体与不同金属离子（如UO₂²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Ce³⁺、Gd³⁺等）的相互作用。实验在20%或40%水/DMF（二甲基甲酰胺）溶液中进行，金属离子浓度从20 μM逐步增加至200 μM。使用紫外/可见光谱仪记录配体与金属离子结合后的吸收光谱变化。
荧光光谱实验
在配体溶液中加入不同浓度的金属离子（如UO₂²⁺和Cu²⁺），使用荧光光谱仪测量荧光强度的变化，观察金属离子对配体荧光的猝灭效应。
双配体系统实验
为了消除Cu²⁺对UO₂²⁺检测的干扰，研究开发了一种双配体系统。首先使用配体2在二氯甲烷中萃取水相中的Cu²⁺，随后使用配体1检测水相中的UO₂²⁺。通过荧光强度的变化验证UO₂²⁺的存在。
理论计算
使用高斯09（Gaussian 09）软件进行密度泛函理论（DFT）计算，优化配体与金属离子的结合结构，并通过时间依赖密度泛函理论（TDDFT）预测紫外/可见光谱。自然跃迁轨道（NTO）分析用于解释光谱变化的原因。
紫外/可见光谱变化
配体1与UO₂²⁺结合后，吸收峰从389 nm蓝移至367 nm，表现出明显的蓝移（hypsochromic shift）；而与Cu²⁺和Co²⁺结合后，吸收峰分别红移至450 nm和436 nm，表现出红移（bathochromic shift）。配体2与UO₂²⁺结合后未观察到明显的光谱变化，但与Cu²⁺和Co²⁺结合后分别表现出红移和蓝移。
荧光光谱变化
配体1与Cu²⁺结合后，荧光在30秒内完全猝灭；而与UO₂²⁺结合后，荧光仅部分猝灭，且在48小时内未完全消失。这一现象为区分UO₂²⁺和Cu²⁺提供了依据。
双配体系统验证
使用配体2萃取Cu²⁺后，配体1能够通过荧光强度的增加检测UO₂²⁺。实验表明，双配体系统有效消除了Cu²⁺的干扰。
理论计算结果
TDDFT计算表明，配体1与UO₂²⁺的结合导致配体到金属的电荷转移（ligand-to-metal charge transfer），而与Cu²⁺的结合则导致金属到配体的电荷转移（metal-to-ligand charge transfer）。NTO分析进一步证实了这一机制。
本研究成功开发了一种基于喹喔啉酚类salen配体的化学传感器，能够通过紫外/可见光谱和荧光光谱快速、选择性地检测铀酰离子。研究结果表明，配体1对UO₂²⁺具有高选择性，且双配体系统有效消除了Cu²⁺的干扰。该传感器具有低成本、实时检测的优势，为环境监测和核废料处理提供了新的技术手段。
高选择性
配体1对UO₂²⁺的选择性显著高于其他金属离子，尤其是通过双配体系统消除了Cu²⁺的干扰。
快速检测
与传统的检测方法相比，该传感器能够在短时间内完成铀酰离子的检测。
理论计算支持
通过TDDFT和NTO分析，揭示了配体与金属离子结合的光谱变化机制，为后续配体设计提供了理论依据。
该研究不仅为铀酰离子的检测提供了新的方法，还为其他放射性金属离子的传感器开发提供了参考。此外，研究中使用的理论计算方法为配体设计提供了新的思路，具有广泛的科学价值和应用潜力。