구리(II) 이온의 선택적이고 시각적인 검출을 위한 녹색 금속변색 지시약 개발

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12501(2023) 이 기사 인용

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중금속 이온, 즉 구리(II)(Cu(II))는 환경과 건강에 해롭습니다. 이번 연구에서는 박테리아 셀룰로오스 나노섬유에 함유된 잠볼라오 열매(Syzgium cumini)에서 얻은 안토시아닌 추출물을 활용해 액체와 고체 형태 모두에서 Cu(II) 이온을 식별할 수 있는 친환경적이고 효율적인 금속 민감성 지표를 확립했습니다. BCNF). CIE Lab 색상 매개변수는 Cu(II) 결합이 색상에 상당한 변화를 일으킨다는 것을 보여주었습니다. Cu(II) 농도가 증가함에 따라 눈에 보이는 색상이 변경되는 것으로 관찰되었습니다. 안토시아닌으로 변형된 박테리아 셀룰로오스 나노섬유를 ATR-FTIR과 FESEM을 이용하여 분석하였다. 센서의 선택성은 납(Pb2+), 코발트(Co2+), 카드뮴(Cd2+), 니켈(Ni2+), 알루미늄(Al3+), 바륨(Ba2+), 망간(Mn2+), 아연과 같은 다양한 금속 이온을 사용하여 테스트되었습니다. (Zn2+), 수은(Hg2+) 및 나트륨(Na+). 연구 결과는 제안된 센서가 Cu(II) 이온에 대해 우수한 선택성을 나타냄을 입증했습니다. Cu(II)는 액체 및 고체 샘플에 대해 각각 10~400ppm 및 50~500ppm 범위의 감지 한계를 갖는 감지 기술을 사용하고 육안 관찰을 통해 정확하게 식별할 수 있습니다. 제작된 녹색 금속 변색 센서는 Cu(II) 이온의 실시간 및 현장 감지를 위해 간단하고 저렴하며 이동성이 뛰어나고 쉽게 작동할 수 있을 것으로 기대됩니다.

구리(II) 이온은 균형 잡힌 식단을 구성하는 중요한 미네랄이며 식이 보조제에서 발견되며 난독증 및 저혈당증과 같은 심각한 질병을 유발할 수 있습니다1. 수많은 산업이 생산 공정에서 Cu(II) 이온을 방출합니다. 먹이 사슬에 들어가 인체 내부에 수집될 수 있습니다2,3,4. 구리 이온은 가정용 배관 시스템의 부식과 자연 퇴적물의 침식으로 인해 생성되는 일반적인 오염 물질이며 위장 장애는 물론 간 및 신장 손상을 일으킬 수 있습니다. 따라서 이들은 중요한 중금속 이온 중 하나입니다5. Cu(II) 이온이 환경과 사람들의 건강에 잠재적인 악영향을 미칠 수 있으므로 감지를 위한 고감도 및 선택성 화학 센서의 개발이 시급히 필요합니다. 중금속 이온 검사는 원자 흡수 분광법 및 결합 플라즈마 질량 분석법6, 양극 박리 전압 전류법7,8, 유도 결합 플라즈마 질량 분석법9, 마이크로프로브10 및 X선 형광 분광법11을 포함한 다양한 방법을 사용하여 실행할 수 있습니다. 여기에 논의된 방법은 성공적인 것으로 입증되었지만 고급 기술 요구 사항, 시간 소모적 특성, 파괴적인 샘플링 기술 및 값비싼 준비 절차로 인해 사용이 제한됩니다. 오늘날 접근 가능한 다양한 식별 방법 중에서 단순성과 현장 관찰 적성으로 인해 비색 센서에 상당한 초점이 맞춰져 왔습니다. 주로 색상 기반의 다양한 검출기가 TMB-Ag(I) 배열, 2차원 및 3차원 정렬된 초미세다공성 단일체12, 은 나노입자13, 금 나노물질 등14을 통합한 것으로 밝혀졌습니다. 그 효과에도 불구하고 화학 물질은 해롭기 때문에 천연 색소와 같이 환경적으로 안전한 센서 물질을 탐색하는 것이 중요합니다.

안토시아닌은 식물, 과일 및 채소에 존재하는 수용성 색소로 붉은색, 푸른색 또는 자줏빛 색조를 부여합니다15. 이는 또한 항산화 특성을 갖고 있으며 제공하는 유리한 효과로 인해 식품 기술 영역에서 상당한 주목을 받아온 플라보노이드라고 알려진 화학 물질 그룹의 일부입니다16. 안토시아닌은 산성 조건에서는 붉은색을 띠고, 중성 조건에서는 파란색이나 보라색을 띠고, 알칼리성 조건에서는 녹색이나 노란색을 띕니다. 붉은 양배추, 무, 검은 당근, 포도, 가지 등 자연에 존재하는 식품과 기타 다채로운 식품에는 안토시아닌이 함유되어 있지만 열대 과일인 잠볼라오(Syzygium cumini)는 다양한 색상을 가지고 있습니다. 잠볼라오 추출물의 주성분인 안토시아닌은 강력한 항산화 특성을 가지고 있습니다. 도금양과에 속하며 인도가 원산지인 작은 난형의 잠볼라오 열매는 안토시아닌 함량이 높기 때문에 보라색 빨간색에서 검은색으로 익습니다.