Immobilization of Rhodamine Derivatives on Agarose Hydrogel for Heavy Metal Detection

Abstract

A highly sensitive and selective optical membrane for determination of Au3+ was synthesized by immobilization of a rhodamine derivative on agarose hydrogel. The sensing dye was synthesized by solvatochromism of rhodamine B via rhodamine lactone–zwitterion equilibrium. UV–vis spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), thermal gravimetric analysis (TGA) and attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) were employed to confirm that the rhodamine-lactone (RhoL) was incorporated into the agarose hydrogel. The results showed that the sensor was highly selective for recognizing Au3+ over other metal ions in real systems. The DFT calculation results suggested that the membrane sensor formed stable complexes with Au3+ through a large number of cation-dipole and ion–ion interactions. In addition, rhodamine and a dansyl moiety (RhoL-DNS) were developed for highly selective detection of heavy metal based on fluorescence resonance energy transfer (FRET) due to the spectral overlap between the emission of the dansyl moiety and the absorption of the ring opened rhodamine moiety by dansyl energy donor to the rhodamine energy acceptor. UV–vis spectroscopy, fluorescent spectroscopy were employed to confirm that the rhodamine and a dansyl moiety were incorporated into the agarose hydrogel. This approach may provide an easily measurable and inherently sensitive method for Au3+ ion detection in environmental and biological applications.

แผ่นเมมเบรนที่มีความจำเพาะและมีความไวสูงสำหรับการตรวจหาโลหะทอง สังเคราะห์โดยการตรึงอนุพันธ์ของโรดามีนบนอะกาโรสไฮโดรเจล ในการเตรียมตัวตรวจวัดจะทำการสังเคราะห์สีย้อมโดยใช้ ผลของโซลวาโตโครมิซึมของโรดามีน บี โดยการเกิดผ่านสมดุลของวงแลคโทน ซึ่งการตรวจสอบการตรึงอนุพันธ์ของโรดามีนบนอะกาโรสไฮโดรเจลจะใช้การวิเคราะห์ด้วย เทคนิครังสียูวีสเปกโทรสโกปี (UV-vis spectroscopy) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning electron microscope, SEM) เครื่องวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงน้ำหนักของสารโดยอาศัยคุณสมบัติทางความร้อน (TGA) และอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี (ATR-FTIR) โดยความจำเพาะของตัวตรวจวัดจะแสดงให้เห็นความจำเพาะกับโลหะทองเมื่อเทียบกับโลหะตัวอื่นๆ ซึ่งมีการใช้ ทฤษฎีฟังก์ชันนอลความหนาแน่นในการยืนยันความเสถียรของการเกิดสารประกอบระหว่างตัวตรวจวัดกับโลหะทองผ่านอันตรกิริยาแคตไอออน-ขั้วคู่ และอันตรกิริยาไอออน-ไอออน นอกจากนี้มีการพัฒนาโดยการใช้ โรดามีน-แดนซิว เพื่อตรวจหาความจำเพาะกับโลหะ โดยผ่านกรบวนการถ่ายทอดพลังงานระหว่างหมู่ที่ดูดกลืนแสงที่มีการถ่ายทอดพลังงานและหมู่ที่รับพลังงานที่มีการเรืองแสงภายในโมเลกุลเดียวกัน หรือ fluorescence resonance energy transfer (FRET) ซึ่งกระบวนการนี้จะเกิดจากการซ้อนทับของสเปกตราระหว่างสเปกตร้าการคายแสงของแดนซิลที่มีการให้พลังงานออกมาและส่งผ่านไปยังสเปกตร้าการดูดกลืนแสงของโรดามีนซึ่งเกิดจากการเปิดวงสไปโรแลคแทม การตรวจสอบการตรึงอนุพันธ์ของโรดามีน-แดนซิลบนอะกาโรสไฮโดรเจลจะใช้การวิเคราะห์ด้วยเทคนิครังสียูวีสเปกโทรสโกปี และเทคนิคฟลูออเรสเซนต์สเปกโทรสโกปี โดยการสังเคราะห์ตัวตรวจวัดอาจจะเป็นวิธีการที่ใช้วัดได้ง่ายสำหรับการตรวจหาโลหะทองสำหรับการใช้งานด้านสิ่งแวดล้อมและชีวภาพ