双功能高分子荧光材料对Am(Ⅲ)、Cm(Ⅲ)离子的分离、检测及机理研究

Based on the characteristics and differences that ligands containing soft atoms such as N and/or S display better selectivity for minor actinide ions than lanthanide ions, the project intend to synthesize a series of small fluorescent molecules which could coordinate with Am(Ⅲ)/Cm(Ⅲ) selectively and further bond to the polymer chains of poly(styrene-co-maleic anhydride) to acquire the dual-functionalized fluorescent polymer materials. The obtained materials combine the advantages of both solid-phase extractants and polymer fluorescent probes and can not only be used for separating Am(Ⅲ)/Cm(Ⅲ) from lanthanides Ln(Ⅲ), but also for detection of Am(Ⅲ)/Cm(Ⅲ). The polymers can be characterized by NMR, MS, FTIR, XRD, GPC, XPS and elemental analysis. To investigate separation process of Am(Ⅲ)/Cm(Ⅲ) form Ln(Ⅲ), relevant conditions such as the pH, time, temperature, ionic strength as well as the amount of materials will be adjusted. Meanwhile, the separation mechanism will also be explored deeply. What’s more, we expect to construct a novel method to detect Am(Ⅲ)/Cm(Ⅲ) quickly and simply by UV-vis and fluorescent spectral studies. The project would provide new strategy for separation and detection of minor actinides and lanthanides.

本项目基于次锕系和镧系离子与N、S原子配位的特点及差异性，以次锕系Am(Ⅲ)、Cm(Ⅲ)离子为研究对象，设计合成一系列可与该离子形成特殊配位结构的小分子荧光化合物，并将其接枝于聚苯乙烯马来酸酐高分子链上，得到兼具固相萃取剂及高分子荧光探针优点的双功能高分子荧光材料。该材料既能实现Am(Ⅲ)、Cm(Ⅲ)离子与镧系Ln(Ⅲ)离子的有效分离，又能实现Am(Ⅲ)、Cm(Ⅲ)离子的荧光检测。通过NMR、MS、FTIR、XRD、GPC、XPS、元素分析等手段表征材料结构；通过调节pH、时间、温度、离子强度及材料的用量等因素，实现Am(Ⅲ)、Cm(Ⅲ)离子分离并探究分离机理；通过紫外、荧光光谱实现Am(Ⅲ)、Cm(Ⅲ)离子的检测并探究检测机理，构建简单快速检测Am(Ⅲ)、Cm(Ⅲ)离子的新方法。项目的实施可为次锕系元素与镧系元素的有效分离与检测提供新思路。

基于次锕系和镧系离子与N、S原子配位的特点及差异性，本项提出了设计发展一系列的小分子荧光化合物及功能化高分子荧光材料，用于实现次锕系和镧系离子的分析检测与分离的思路。基于此思路，构建了含有不同类型的多氮杂环类、含氮席夫碱类以及硫醚类化合物的小分子化合物库，并从中筛选出2种化合物作为荧光探针实现了模拟离子Eu3+（代替Am3+和Cm3+进行常规研究）的特异性荧光响应，并与UO22+、Th4+、La3+、Ce3+、Sr2+等离子的区别检测。进一步发展了一系列高分子材料，将固相萃取技术以及高分子荧光探针检测技术相结合，用于Eu3+与UO22+、Th4+的分离与荧光检测，具有操作简单、污染小、抗干扰能力强等优点。在项目实施过程中，基于研究发现扩展了相关的研究，得到了一系列能够检测汞、钯、锌、氟、生物硫醇、蛋氨酸亚砜还原酶等的荧光探针，实现环境及生物体内的物种检测及病变机理研究。完成了项目中各项预定目标。该项目的实施，为次锕系元素的分析检测与富集提供了新工具，构建简单快速检测次锕系离子的新方法。同时，为次锕系元素与镧系元素的有效分离与检测提供新思路，具有重要的意义和应用前景。与本项目的前期研究相关的发明专利进行成果转化。发表期刊论文5篇，会议论文4篇，授权发明专利1件，申请发明专利2件，待发表论文4篇。协助培养博士研究生2名，硕士研究生2名，培养本科毕业生10余名。