J. Agric. Food Chem. 發光絡合物檢測水中草甘膦的實驗和理論研究以及HKUST-1和IRMOF-3的有效吸附

2021-01-20 分析人

背景介紹:

草甘膦(N-(膦醯基甲基)甘氨酸)稱為GLY,是Roundup®和許多其他除草劑品牌中的除草活性成分,它們控制著廣泛的植物物種。這種化合物是孟山都公司在1970年代初發現的。如今,按體積計算,它是使用最廣泛的除草劑,並且由全球各地的多家公司生產和銷售。抗GLY大豆於1996年投入商業生產,標誌著大田作物雜草管理進入了一個新時代。目前,所有國家/地區種植的大多數大豆均耐GLY。當孟山都公司開發出抗結草劑並廣泛種植的「抗結實農作物」(例如玉米,棉花和大豆)時,GLY的流行就建立了。除草劑分為無機物(包括砷和氯化物)和有機物(最常用於現代農業)。有機除草劑的實例包括GLY(源自甘氨酸胺基酸)和atrazine(源自三嗪基團)。最初,世界衛生組織認為GLY對人類,其他哺乳動物,鳥類和環境「無毒害」,因為它會被土壤微生物降解並與土壤膠體結合。但是,新的研究指出,GLY可能會致癌,因為它會在水資源中積累。這種毒性可能與GLY形成金屬絡合物的能力有關。

 

近期,巴西University of São Paulo Osvaldo A. Serra課題組報導了基於發光淬滅過程的水性β-二酮酸-Eu-EDTA絡合物用於草甘膦(GLY)定量分析。該複合物在5*10-7至10-5 mol.L-1的濃度範圍內成功測量了GLY。還執行了理論方法(LUMPAC)來確定溶液中最可能的複雜結構。易於合成的MOF HKUST-1和IRMOF-3可在約30分鐘的接觸時間內有效吸附水中的草甘膦。相關成果以「Experimental and theoretical studies of Glyphosate detection in water by an europium luminescent complex and effective adsorption by HKUST-1 and IRMOF-3」為題發表在國際權威雜誌J. Agric. Food Chem.上(DOI: 10.1021/acs.jafc.0c03574)。


主要內容:

圖一、(a) Scheme, (b) Photograph of the reaction process by continuous flow chemistry tosynthetize the HKUST-1 MOF.


圖二、用於檢測水性介質中除草劑草甘膦的過程的說明。Detection based on the luminescent complex [Eu(EDTA)dbm]. The pH was controlled in 9 during the procedure.


圖三、a) Emission spectra of [Eu(EDTA)dbm], 5.10-5 mol/L (initial volume 2.50 mL), in water upon incremental addition of glyphosate, 5.10-5 mol/L (λex = 350 nm); b) Intensity decreasing of  the complex emission in function of GLY concentration.


圖四、基於發光配合物檢測水中GLY的修飾過程的示意圖。


圖五、用於在水介質中吸附除草劑草甘膦的過程的說明。用HKUST-1或IRMOF-3吸附


圖六、MOF在水中對Gly的吸附量(a)HKUST-1和(b)IRMOF-3。


圖七、[Eu(EDTA)DBM.H2O]結構的能級圖顯示了分子內能量轉移過程的最可能通道。


小結:這項研究發現並證明了通過使用基於銅離子的MOF HKUST-1連續流動合成的方法,該方法可以吸附和測定GLY(一種對人體健康,動植物和植物均可能有害的除草劑)的可行性和簡便性 ,以及基於鋅離子的IRMOF-3。同樣,該策略採用基於Eu3+離子和DBM分子的發光配合物來量化這些化合物。開發可吸收和量化水中除草劑的經濟有效方法是我們當今世界面臨的主要挑戰之一。實際上,由於GLY的高毒性,如今已經有幾個不再使用這種除草劑的國家禁止從其他國家購買農產品,GLY的高毒性可能導致各種癌症,先天性疾病和無數環境問題。本研究的結果非常相關且重要,因為它們提供了一種簡單有效的方法來檢測和去除水中的GLY。儘管檢測實驗是在昂貴的光譜螢光計(Horiba-SPEX)中進行的,但它們可以在可攜式低成本設備中進行。該方法可用於所有使用該除草劑的國家,因此需要處理其農業廢水。


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