由于核工業(yè)的發(fā)展,鈾已排放到環(huán)境中,由于其放射性和化學(xué)毒性而導(dǎo)致健康風(fēng)險。2011年福島災(zāi)難后,各國都加強了核電站安全檢查。因此,開發(fā)高效且易于使用的鈾檢測技術(shù)至關(guān)重要。
未受污染的環(huán)境水中的鈾濃度范圍為1-3 ppb,不會對健康或環(huán)境構(gòu)成風(fēng)險,但在受污染的地區(qū),這個數(shù)字可能要高得多。由于其硬度、高密度和自燃特性,貧化鈾已在數(shù)次國際軍事對抗中用作穿甲彈藥。由于這些彈藥的開發(fā)和測試,貧化鈾隨后被釋放到環(huán)境中。
傳感器如何幫助檢測鈾?
已經(jīng)開發(fā)了許多分析技術(shù)來檢測鈾,包括X射線熒光光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、質(zhì)譜法、激光誘導(dǎo)熒光光譜法和原子吸收光譜法。不幸的是,由于設(shè)備成本和費力的預(yù)處理方法難以進行現(xiàn)場鈾分析。因此,許多研究人員開始關(guān)注鈾傳感器。
鈾傳感器的類型:
1.基于光學(xué)檢測的傳感器
通常使用基于磷光、比色法、紫外-可見吸收和表面等離子體共振轉(zhuǎn)導(dǎo)技術(shù)的光學(xué)傳感器檢測痕量鈾。
2.比色傳感器
由于傳感器與鈾離子的相互作用,溶液的顏色會隨著鈾離子的注入而改變。當(dāng)鈾離子濃度增加時,溶液的顏色會加深。
3.基于紫外-可見分光光度法的傳感器
在過去的幾十年中,在開發(fā)使用紫外可見分光光度法檢測鈾離子的傳感器方面取得了重大進展。紫外可見分光光度法使用簡單,可進行快速分析。關(guān)鍵過程是改變配體與鈾離子偶聯(lián)前后的紫外吸收峰,實現(xiàn)定量和定性檢測。
4.基于電化學(xué)檢測的傳感器
用于檢測鈾離子的電化學(xué)方法也已證明可用于開發(fā)鈾傳感器。這些傳感器根據(jù)電化學(xué)阻抗、電壓和電流的差異分為阻抗測量法、伏安法和電位法。
5.伏安傳感器
伏安法是鈾傳感器中常用的技術(shù)?;痉椒ㄊ菍⑩櫭舾形镔|(zhì)摻雜到電極上。然后在鈾離子不存在和存在的情況下,通過檢測電極的電化學(xué)信號變化來定性或定量地檢測鈾離子。
6.基于阻抗測量技術(shù)的傳感器
電化學(xué)阻抗譜(EIS)在穩(wěn)定狀態(tài)下是無損的,不需要樣品破壞。它測量平衡時電極-電解質(zhì)界面的交流電阻抗。不同頻率的小正弦刺激電壓用于構(gòu)建EIS傳感器,然后用于測量由配體識別事件產(chǎn)生的電流(或電壓)。EIS傳感器的關(guān)鍵優(yōu)勢是正弦刺激電壓很小,不會損害或影響配體層。
7.電位傳感器
電位法使用離子選擇電極(ISE)對溶液中的金屬離子進行定量測量?;陔x子選擇性電極的傳感器由于其反應(yīng)時間短、成本低、選擇性高等優(yōu)點,已被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜混合物中鈾離子的檢測。
8.全細(xì)胞鈾傳感器
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學(xué)家通過在新月形莖桿菌中合并兩個功能獨立的信號系統(tǒng)UzcRS和UrpRS,創(chuàng)建了一個全細(xì)胞鈾傳感器。研究人員發(fā)現(xiàn),他們構(gòu)建全細(xì)胞傳感器的組合策略在分析物檢測中顯示出比以前僅使用UzcRS開發(fā)的生物傳感器更高的選擇性。他們通過識別地下水樣品中鈾濃度極低的鈾來驗證傳感器在環(huán)境環(huán)境中的功能。