本研究的主要作者为Jiaqi Ma、Weiwei He、Xiaoli Han和Daoben Hua，他们分别来自Soochow University的School for Radiological and Interdisciplinary Sciences (RAD–X) & College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science，以及Collaborative Innovation Center of Radiological Medicine of Jiangsu Higher Education Institutions。该研究发表于期刊Talanta，时间为2017年2月。
本研究属于分析化学领域，特别是荧光传感技术。铀是一种重要的放射性元素，广泛用于核能工业。然而，由于其放射性和化学毒性，铀对人类健康构成严重威胁，尤其是可能导致肾脏损伤、泌尿系统疾病和肺癌。美国环境保护署（EPA）规定饮用水中铀酰离子（UO₂²⁺）的最大允许浓度为1.30×10⁻⁷ mol/L。因此，开发一种简单、快速且灵敏的检测方法，用于现场监测环境水样中的铀酰离子，具有重要的现实意义。
目前，铀的检测主要依赖于仪器分析方法，如表面增强拉曼光谱（SERS）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、激光诱导动力学磷光光谱（LIP）和原子吸收光谱（AAS）。然而，这些方法通常需要复杂且昂贵的仪器，难以实现实时和现场检测。化学传感器通过电化学、比色法和荧光技术等手段，逐渐成为传统仪器的替代方案。其中，荧光检测具有高灵敏度和高空间分辨率的特点，能够满足现场快速检测痕量铀酰离子的需求。
本研究开发了一种基于荧光聚合物的新型传感器，用于高选择性和高灵敏地检测水溶液中的铀酰离子。具体研究流程包括以下几个步骤：
聚合物传感器的合成
研究者首先合成了聚二亚胺酮（P1），然后通过与丙二腈反应引入氰基，生成中间体聚二亚胺-2,2-二氰基乙烯（P2）。最后，利用羟胺将P2中的氰基转化为偕胺肟基团，得到最终的目标聚合物传感器（P3）。
实验中使用的主要试剂包括三（二亚苄基丙酮）二钯（Pd₂(dba)₃）、氢氧化钠（NaOH）和N,N’-二甲基乙酰胺（DMA）。合成过程中，通过核磁共振（NMR）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对聚合物的化学结构进行了验证。
荧光检测实验
P3溶解在DMA中，制备浓度为1.0×10⁻⁴ mol/L的储备液。将不同浓度的铀酰离子溶液加入P3溶液中，通过荧光光谱仪记录荧光强度的变化。实验还测试了P3对其他金属离子（如Ba²⁺、Ag⁺、Fe³⁺等）的响应，以评估其选择性。
环境样品检测
为了验证传感器的实际应用价值，研究者在湖水、自来水和去离子水中添加了已知浓度的铀酰离子，并利用P3传感器进行检测。同时，使用ICP-MS对样品进行对比分析，以验证P3传感器的准确性。
聚合物传感器的性能
P3在547 nm处显示出最大荧光发射峰，其荧光强度在铀酰离子浓度为10⁻⁸至1.5×10⁻⁷ mol/L范围内呈线性响应。传感器对铀酰离子的检测限为10 nM，响应时间为200秒。此外，P3对铀酰离子表现出高效的选择性和荧光猝灭效应，其Stern-Volmer常数（Ksv）高达1.58×10⁶ mol⁻¹。
选择性实验
P3对铀酰离子的选择性显著高于其他金属离子。在测试的20种金属离子中，只有Ni²⁺和Fe³⁺对P3的荧光强度产生轻微影响（猝灭效率为10-14%），而其他离子几乎无影响。这表明偕胺肟基团对铀酰离子具有高度特异性。
环境样品检测结果
在湖水、自来水和去离子水中，P3传感器的检测结果与ICP-MS的结果高度一致。例如，去离子水中添加的铀酰离子浓度为1.0×10⁻⁷ mol/L，P3检测结果为0.98×10⁻⁷ mol/L，相对标准偏差（RSD）为3.3%。
本研究成功开发了一种基于偕胺肟基团的荧光聚合物传感器，用于高选择性和高灵敏地检测水溶液中的痕量铀酰离子。该传感器具有线性响应范围宽、响应时间短、选择性强等优点，能够有效应用于环境水样中铀酰离子的检测。此外，该研究首次将偕胺肟基团引入荧光聚合物传感器中，为未来设计更高效的铀酰离子检测方法提供了新的思路。
本研究的荧光猝灭机制可能涉及光诱导电子转移过程。当铀酰离子与P3结合时，电子从聚合物转移到铀酰离子，导致荧光猝灭。这一机制进一步解释了P3传感器对铀酰离子的高效检测能力。
本研究为环境水样中铀酰离子的检测提供了一种简单、快速且高效的新方法，具有重要的科学意义和实际应用价值。