Químicos sintetizan las nanopartículas más pequeñas para detectar iones de metales pesados en el agua

Científicos de la Universidad de San Petersburgo, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Sirius y la Universidad Académica de San Petersburgo han sintetizado los marcos metal-orgánicos de tamaño nanométrico más pequeños para detectar iones de metales pesados en el agua. Los resultados de los experimentos y la descripción de las propiedades de los cristales se publican en Nanomaterials.

Los polímeros metal-orgánicos, o marcos metal-orgánicos (MOF), son cristales compuestos por iones metálicos interconectados por moléculas orgánicas, es decir, por enlaces orgánicos. Se pueden utilizar distintas concentraciones de iones metálicos y enlazadores orgánicos para sintetizar materiales con diferentes estructuras y propiedades. Los MOF se utilizan ampliamente para diseñar sensores electroquímicos, como catalizadores de reacción en la industria química o como aditivos para propulsores.

Algunos de los MOFs son MOFs luminiscentes. Emiten luz provocada por los rayos UV, el campo electromagnético u otras perturbaciones. Los MOF luminiscentes se utilizan activamente como componentes de LED y termómetros luminiscentes. Además, se utilizan en el diagnóstico del cáncer. Los MOF luminiscentes también se utilizan como sensores luminiscentes de contaminantes.

Los químicos de la Universidad de San Petersburgo sintetizaron los cristales más pequeños de tamaño nanométrico mediante el método químico húmedo asistido por ultrasonidos. Se sintetizaron mediante una mezcla lenta de soluciones acuosas de tereftalato de sodio y cloruro de europio por el método de química húmeda asistida por ultrasonidos, precipitando en forma de sólido policristalino. La ultrasonicación garantizó una mejor mezcla de la solución, ralentizó el crecimiento de las partículas, impidió la agregación de las micropartículas y dio lugar a la formación de micropartículas individuales.

Los científicos sintetizaron partículas de diversos tamaños. El tamaño medio de las partículas puede ser igual a 8 nm hasta cientos de micrómetros. En la actualidad, las nanopartículas de tereftalato de europio (III) tetrahidratado (Eu2bdc3-4H2O) de las que se ha informado son los cristales MOF más pequeños basados en tierras raras de tamaño nanométrico.

'No esperábamos que una disminución de dos veces en la concentración de reactivos pudiera conducir a una reducción de tamaño de varios órdenes. Presumiblemente, este efecto puede deberse al complejo europio-tereftalato 1:1. Esto puede acelerar el proceso de crecimiento de las partículas. Anteriormente, los científicos podían sintetizar partículas de tamaño nanométrico de tereftalato de 40 nm o incluso más. Nosotros hemos conseguido sintetizar partículas con un tamaño cinco veces menor", afirmó el director de la investigación, el profesor asociado del Departamento de Química Láser de la Universidad de San Petersburgo y doctor en química Andrey Mereshchenko.

El método desarrollado para sintetizar nanopartículas puede contribuir positivamente a la nanotecnología y a la química de coordinación. Utilizando este método, podemos sintetizar nanopartículas a partir de otros MOF. Los experimentos también informaron del apagado selectivo de la luminiscencia por parte de los iones de metales pesados. Como resultado, las nanopartículas sintetizadas pueden utilizarse como sensores para detectar iones de metales pesados en el agua.

Este descubrimiento tiene el potencial de desarrollar sensores eficaces para controlar los iones de metales pesados en el agua potable. Nuestros MOF luminiscentes demuestran que los límites de detección de los iones de metales pesados son significativamente más bajos. Esto garantizará mediciones más precisas de los contaminantes en el agua, incluso en pequeñas concentraciones", afirma Viktor Nosov, coautor del artículo y estudiante de Química en la Universidad de San Petersburgo.

Las nanopartículas de las que se habla también pueden utilizarse como sensores luminiscentes para detectar los iones Cu2+, Cr3+ y Fe3+ en el agua. La presencia de estos metales en el agua supone una amenaza para los seres humanos y los animales. La acumulación de metales pesados en el cuerpo puede afectar al metabolismo humano y provocar enfermedades del sistema nervioso, enfermedades vasculares y trastornos digestivos. Los químicos tienen previsto continuar la investigación y desarrollar una prueba exprés para detectar los iones de metales pesados en el agua potable y los residuos.