Светящийся молекулярный зонд позволит быстро определять концентрацию ионов ртути в воде

Ученые разработали молекулярный зонд для обнаружения токсичных ионов ртути в воде. В основе соединения лежит флуоресцеин — органический краситель, который при присоединении ионов ртути светится (флуоресцирует) под действием ультрафиолета. Новый зонд определяет минимальные концентрации токсичного вещества — 1,4 микрограмм на литр воды, что в четыре раза меньше предельно допустимой концентрации. Поэтому разработка перспективна для экологического мониторинга промышленных стоков и проверки качества питьевой воды. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Molecular Structure.

Соединения ртути широко используются в промышленности, например, при производстве хлора, переработке полезных ископаемых, создании термометров, батарей и люминесцентных ламп. Однако после очистки производственных помещений ртуть попадает в сточные воды, приводя к загрязнению водоемов и почвы, а затем — в организм растений, животных и человека. Даже низкие концентрации ртути могут нанести вред здоровью, так как при накоплении в тканях они поражают нервную систему, почки и печень.

Существующие методы обнаружения ртути недостаточно точны и требуют сложного оборудования и многоступенчатой подготовки образцов. Например, в электрохимическом методе, при котором ртуть осаждают на золотом электроде — проводящем ток элементе, — точность определения снижается из-за влияния других металлов, например меди и серебра, присутствующих в воде. Кроме того, из-за них электроды портятся и требуют частой замены. Биосенсоры на основе ДНК, хоть и способны находить ртуть с высокой точностью, требуют строгих условий хранения (при низких температурах и в специальных растворах), иначе легко приходят в негодность.

Химики из Ивановского государственного химико-технологического университета (Иваново) разработали новый зонд на основе флуоресцеина — синтетического органического красителя, который широко используют в биологии, аналитической химии и медицине в качестве флуоресцентного (светящегося) маркера. Авторы синтезировали зонд всего за одну стадию из доступных реагентов — производного флуоресцеина и ацетона. В отсутствие ртути соединение почти не светится под действием ультрафиолета, но при добавлении ионов этого металла происходит резкое усиление свечения в сине-зеленом спектре.

Такой эффект объясняется тем, что ионы ртути взаимодействуют с определенными атомами зонда, из-за чего образуется светящаяся молекула, которая указывает на присутствие в образце ионов токсичного вещества. Метод обладает высокой избирательностью, то есть другие ионы металлов, которые также содержатся в воде — например, медь, железо и алюминий, — не влияют на сигнал. При этом время, за которое зонд регистрирует ионы ртути, составляет всего 20 минут, а концентрации, которые он способен обнаружить, в четыре раза ниже предельно допустимых в питьевой воде — 1,4 микрограмм на литр.

Ученые уже протестировали технологию на реальных образцах речной воды и продемонстрировали ее применимость для экологического мониторинга. Зонд добавляли в пробы воды и измеряли флуоресцентный сигнал в сине-зеленом спектре. Свечение подтвердило возможность обнаружить ионы ртути даже в природных условиях с высокой чувствительностью и избирательностью. Разработка может быть полезна для контроля промышленных стоков, анализа питьевой воды и пищевых продуктов, а также для медицинской диагностики, например, при отравлении ртутью.

«Наш зонд сочетает простоту синтеза, низкую стоимость и высокую чувствительность. В будущем мы планируем использовать этот подход для разработки новых зондов, которые помогут выявлять различные загрязняющие вещества, что станет важным шагом к созданию экономически эффективных тест-систем. Эти системы будут способствовать более качественному контролю за состоянием водоемов и обеспечению чистоты водных ресурсов для будущих поколений», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Максим Завалишин, кандидат химических наук, старший научный сотрудник кафедры общей химической технологии Ивановского государственного химико-технологического университета.