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Development of dual-emission room-temperature afterglow ratiometric nanoprobes for Ce（IV） determination
- Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni Vol. 64, Issue 5, Pages: 25-34(2025)
- 作者机构：
1.延安大学化学与化工学院，陕西 延安 716000
2.延安大学延安医学院，陕西 延安 716000
- 作者简介：
- 基金信息：
DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250072
CLC： O65Received：16 April 2025，
Revised：2025-08-05，
Accepted：12 August 2025，
Published Online：16 September 2025，
Published：25 September 2025
- 稿件说明：
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张越诚,张诗雨,张雅蓉等.双发射室温长余辉比率纳米探针在Ce（Ⅳ）检测中的应用[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(05):25-34.
ZHANG Yuecheng,ZHANG Shiyu,ZHANG Yarong,et al.Development of dual-emission room-temperature afterglow ratiometric nanoprobes for Ce（IV） determination[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(05):25-34.
张越诚,张诗雨,张雅蓉等.双发射室温长余辉比率纳米探针在Ce（Ⅳ）检测中的应用[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(05):25-34. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250072.
ZHANG Yuecheng,ZHANG Shiyu,ZHANG Yarong,et al.Development of dual-emission room-temperature afterglow ratiometric nanoprobes for Ce（IV） determination[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(05):25-34. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250072.
摘要
Ce作为镧系元素中丰度最高的稀土元素，在催化、抛光和功能材料等领域具有广泛应用。然而，过量的Ce（IV）会导致肝肾损伤和血液系统异常等毒性效应，增加患癌风险。目前，Ce（IV）的检测主要依赖昂贵的分析仪器和复杂的样品前处理流程，而常规荧光分析法又易受Ce（Ⅲ）自身荧光信号的干扰，严重制约了其实际应用。针对这些挑战，本研究设计了一种基于室温长余辉发光的新型纳米探针IPA@NP。该探针以间苯二甲酸为单一原料，通过简便的一步水热法合成。该材料展现出独特的双发射长余辉特性：在300 nm激发下呈现385和502 nm 2个发射峰，且在移除紫外光源后仍维持长达6 s肉眼可见的长余辉。研究发现，Ce（IV）的引入会产生浓度依赖性的双发射长余辉发光信号猝灭。基于此现象，本研究构建了基于双峰比率信号的自校准长余辉探针系统。与传统荧光检测相比，该探针具有三重显著优势：（1）双通道比率检测有效提高了定量准确性；（2）长余辉特性完全规避了Ce（Ⅲ）及其他干扰物的背景荧光；（3）实现了“零背景”干扰下的高灵敏度检测。在优化条件下，该方法对Ce（IV）的检测线性范围为8.00×10
-6
~1.00×10
-4
mol/L，检出限低至1.67×10
-6
mol/L（3
σ
/
k
）。该探针具有优异的抗干扰能力和出色的稳定性，可应用于实际水样中Ce（IV）的精准检测，在环境监测和水质安全评估领域展现出良好的应用前景。
Abstract
Cerium （Ce）， the most abundant rare earth element in the lanthanide series， is widely utilized in catalysis， polishing， and functional materials. However， excess Ce（IV） could induce hepatorenal toxicity， hematological disorders， and increased carcinogenic risks. Current Ce（IV） detection methods predominantly rely on expensive analytical instruments and complex sample pretreatment procedures， while conventional fluorescence analysis suffers from severe interference by the autofluorescence of Ce（III）. To address these challenges， we developed an innovative room-temperature afterglow nanoprobe （IPA@NP） using a facile one-pot hydrothermal synthesis with isophthalic acid as the sole precursor. The IPA@NP exhibits unique dual-emission afterglow characteristics， displaying two distinct peaks at 385 nm and 502 nm under 300 nm excitation， with naked-eye-visible afterglow persisting for 6 s post-UV cessation. Notably， Ce（IV） induces concentration-dependent quenching of both afterglow emissions. Leveraging this phenomenon， we established the self-calibrated ratiometric afterglow sen
sing platform for Ce（IV）， which offers three key advantages over conventional methods： （1）Dual-channel ratiometric detection enhances quantitative accuracy； （2）Afterglow signals eliminate interference from Ce（III） and other fluorophores； （3）"Zero-background" detection achieves ultrahigh sensitivity. Under optimized conditions， the proposed method exhibits a linear detection range of 8.00×10⁻⁶ to 1.00×10⁻⁴ mol/L with the limit of detection （LOD） as low as 1.67×10⁻⁶ mol/L （3
σ
/
k
）. The proposed assay exhibits exceptional anti-interference capability and stability， enabling accurate Ce（IV） quantification in real water samples. This work provides a promising tool for Ce（IV） analysis in real sample， opening new avenues for rare earth element detection with minimized matrix effects.
关键词
Keywords
references
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