Trong thời gian từ năm 2017 đến năm 2020, nhóm nghiên cứu của GS. TS. Dương Tuấn Quang tại Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế đã thực hiện đề tài: “Thiết kế, tổng hợp các sensor huỳnh quang phát xạ ở vùng bước sóng dài và ứng dụng để phát hiện các ion kim loại nặng”.

Đề tài nhằm thực hiện các mục tiêu sau: thu được các sensor huỳnh quang phát xạ ở bước sóng dài, có thể phát hiện các ion kim loại nặng và kết hợp linh hoạt giữa tính toán lý thuyết và thực nghiệm trong thiết kế, tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng các sensor.

Sau ba năm nghiên cứu, đề tài đã thu được các kết quả như sau:

- Hóa học tính toán lượng tử đã được áp dụng thành công để hỗ trợ và định hướng thực nghiệm trong thiết kế, tổng hợp, đặc trưng và ứng dụng 2 sensor huỳnh quang mới là chemosensor BDC, và chemodosimeter RLED phát xạ ở bước sóng dài (khoảng 550 nm), ứng dụng phát hiện một số ion kim loại nặng như Hg2+, Cu2+.

- Chemosensor BDC và chemodosimeter RLED đã được thiết kế lý thuyết từ đầu, bao gồm khảo sát đặc tính quang học của sensor; khả năng tương tác của sensor với đối tượng phân tích; sự thay đổi tín hiệu huỳnh quang của sensor trước và sau khi tương tác với đối tượng phân tích; và nhiệt động học các phản ứng tổng hợp sensor. Quá trình nghiên cứu thực nghiệm thành công các sensor BDC và RLED dựa trên sơ đồ thiết kế lý thuyết đã chứng minh cho kết quả, giá trị khoa học của luận án với mục tiêu chính là áp dụng hóa học tính toán và thực nghiệm để phát triển các sensor huỳnh quang mới.

- Chemosensor huỳnh quang BDC có thể phát hiện ion kim loại nặng Cu2+ với các đặc tính: giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng tương ứng là 4,0 ppb và 13,3 ppb; phản ứng xảy ra gần như tức thời; không bị ảnh hưởng bởi các cation kim loại khác như Na+, K+, Mg2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Zn2+, Pb2+ và Cd2+; có thể hoạt động trong khoảng pH rộng từ 5,0 đến 9,0. BDC và Cu2+ tương tác với nhau theo cơ chế tạo phức với tỉ lệ phản ứng 1:1. Hằng số bền của phức [CuBDC]2+ xác định bằng tính toán phù hợp tốt với thực nghiệm với giá trị tương ứng là 7,16 và 7,54. Kết quả tính toán và thực nghiệm đều cho thấy sensor BDC hoạt động theo kiểu ON-OFF. Ngoài ra có thể sử dụng BDC làm sensor trắc quang phát hiện Cu2+ với giới hạn phát hiện và định lượng tương ứng là 5,7 ppb và 19,0 ppb.

- Chemodosimeter huỳnh quang RLED có thể phát hiện chọn lọc ion kim loại nặng Hg2+ trong sự có mặt của các cation kim loại cạnh Cu2+, Zn2+, Pb2+, Cd2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Ag+, Na+, K+, Ca2+ và Mg2+ với giới hạn phát hiện và định lượng tương ứng là 0,14 μM và 0,47 μM. Kết quả tính toán lý thuyết và thực nghiệm đều cho thấy RLED tương tác với ion Hg2+ thông qua phản ứng tạo phức dẫn đến mở vòng spirolactam và quá trình thủy phân tiếp theo tạo ra rhodamine 575 là một chất có màu hồng và phát huỳnh quang mạnh. Sensor RLED có thể hoạt động trong khoảng pH rộng từ 5,0 đến 10,0 và theo kiểu OFF-ON. Ngoài ra có thể sử dụng RLED làm sensor trắc quang xác định Hg2+ với giới hạn phát hiện và định lượng tương ứng là 0,02 μM và 0,07 μM.

Kết quả nghiên cứu góp phần xây dựng cơ sở khoa học trong phát triển các sensor huỳnh quang mới, tiến đến sử dụng các tính toán lý thuyết để nâng cao hiệu quả ứng dụng của các sensor như tăng độ nhạy, độ chọn lọc, tính tan của các sensor.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 19071/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

N.P.D (NASATI)