Nghiên Cứu Polymer Huỳnh Quang Cấu Trúc Liên Hợp Để Phát Hiện Hợp Chất Nitroaromatic

Nghiên cứu tổng hợp polymer huỳnh quang cấu trúc liên hợp, ứng dụng làm cảm biến phát hiện hợp chất nitroaromatic. Tổng quan về vật liệu và tiềm năng ứng dụng.

• Tác giả: Nguyễn Thị Hồng Cẩm
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Trần Hà
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu tổng hợp các polymer huỳnh quang cấu trúc liên hợp định hướng làm cảm biến hợp chất nitroaromatic
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Polymer Huỳnh Quang Nitroaromatic

Các hợp chất nitroaromatic (NACs) là một trong những nhóm hóa chất công nghiệp lớn và quan trọng nhất hiện nay. Chúng là các phân tử hữu cơ có ít nhất một nhóm nitro (-NO2) gắn vào một vòng thơm. Nhóm nitro có những đặc tính độc đáo giúp NACs hữu ích làm nguồn nguyên liệu thô để tổng hợp nhiều hợp chất khác nhau như chất nổ, thuốc nhuộm, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, sơn và các hóa chất khác. Ước tính hàng năm, hàng chục nghìn tấn NACs được thải ra môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng. NACs còn gây nguy hiểm cho con người và sinh vật sống vì khả năng gây đột biến, ung thư và độc tính. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ liệt kê NACs trong danh sách các chất ô nhiễm ưu tiên. Vì vậy, việc phát hiện nhanh, nhạy và chọn lọc dư lượng NACs là rất quan trọng để kịp thời ngăn chặn và giảm thiểu các tác động tiêu cực. Các phương pháp phát hiện truyền thống bao gồm sắc ký (GC, LC, HPLC), phân tích điện hóa, và gần đây là sử dụng cảm biến. Các phương pháp sắc ký được sử dụng rộng rãi với khả năng định tính, định lượng và đạt được giới hạn phát hiện thấp.

1.1. Ứng Dụng Quan Trọng Của Hợp Chất Nitroaromatic NACs

Hợp chất Nitroaromatic (NACs) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ sản xuất thuốc nổ như TNT (2,4,6-trinitrotoluene), thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, dược phẩm đến các hóa chất công nghiệp khác. Nhờ tính chất hóa học đặc trưng, NACs đóng vai trò quan trọng trong nhiều quy trình sản xuất. Tuy nhiên, việc sử dụng và thải loại NACs không đúng cách có thể gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người.

1.2. Thách Thức Về Ô Nhiễm Môi Trường Do Hợp Chất Nitroaromatic

Việc phát thải hợp chất nitroaromatic vào môi trường, đặc biệt là từ các hoạt động sản xuất công nghiệp và quân sự, gây ra những thách thức lớn về ô nhiễm môi trường. NACs có thể tồn tại lâu dài trong đất và nước, gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và nguồn nước sinh hoạt. Một số hợp chất NACs có khả năng tích lũy sinh học, gây nguy hiểm cho các loài sinh vật và cuối cùng là con người. Việc giám sát và xử lý ô nhiễm NACs là một vấn đề cấp bách đòi hỏi sự quan tâm của các nhà khoa học và chính phủ.

II. Vấn Đề Tại Sao Cần Cảm Biến Hợp Chất Nitroaromatic

Các phương pháp phát hiện truyền thống như sắc ký đòi hỏi thiết bị đắt tiền, quy trình phức tạp và thời gian phân tích kéo dài. Do đó, nhu cầu cấp thiết đặt ra là cần có những phương pháp phát hiện nhanh chóng, đơn giản, chi phí thấp và có thể thực hiện tại hiện trường. Cảm biến huỳnh quang dựa trên polymer huỳnh quang nổi lên như một giải pháp đầy hứa hẹn nhờ khả năng phát hiện nhanh, độ nhạy cao và tính chọn lọc tốt. Polymer dẫn điện cấu trúc liên hợp có khả năng khuếch đại tín hiệu huỳnh quang, làm tăng độ nhạy của cảm biến. Cảm biến huỳnh quang có thể được sử dụng để phát hiện nitroaromatic trong các mẫu nước, đất, không khí, và thậm chí trong cơ thể sống.

2.1. Ưu Điểm Vượt Trội Của Cảm Biến Huỳnh Quang So Với Phương Pháp Khác

Cảm biến huỳnh quang sở hữu nhiều ưu điểm so với các phương pháp phân tích truyền thống như sắc ký hay điện hóa. Cụ thể, cảm biến huỳnh quang có khả năng phát hiện nhanh chóng, độ nhạy cao, chi phí thấp và dễ dàng tích hợp vào các thiết bị di động, cho phép phân tích tại hiện trường. Ngoài ra, cảm biến huỳnh quang có thể được thiết kế để phát hiện các chất phân tích cụ thể với độ chọn lọc cao.

2.2. Ứng Dụng Tiềm Năng Của Cảm Biến Huỳnh Quang Trong An Ninh Và Môi Trường

Với những ưu điểm vượt trội, cảm biến huỳnh quang có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực quan trọng. Trong lĩnh vực an ninh, cảm biến huỳnh quang có thể được sử dụng để phát hiện thuốc nổ và các chất nguy hiểm khác tại các sân bay, nhà ga và các địa điểm công cộng. Trong lĩnh vực môi trường, cảm biến huỳnh quang có thể được sử dụng để giám sát ô nhiễm môi trường do các hợp chất nitroaromatic và các chất độc hại khác trong nước, đất và không khí.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Tổng Hợp Polymer Huỳnh Quang Cấu Trúc

Nghiên cứu này tập trung vào việc nghiên cứu tổng hợp polymer huỳnh quang cấu trúc liên hợp để chế tạo cảm biến phát hiện nitroaromatic. Quá trình tổng hợp bao gồm việc lựa chọn các monomer phù hợp, thiết kế cấu trúc polymer để tối ưu hóa khả năng phát huỳnh quang và tương tác với hợp chất nitroaromatic. Các phương pháp tổng hợp hữu cơ hiện đại như phản ứng trùng ngưng aryl hóa trực tiếp được sử dụng để tạo ra các polymer có cấu trúc và tính chất mong muốn. Sau khi tổng hợp, các polymer được phân tích cấu trúc bằng các phương pháp như NMR, FT-IR, GPC để xác định thành phần, khối lượng phân tử và độ tinh khiết.

3.1. Lựa Chọn Monomer Quan Trọng Trong Tổng Hợp Polymer Huỳnh Quang

Việc lựa chọn monomer là bước quan trọng trong quá trình tổng hợp polymer huỳnh quang. Các monomer được lựa chọn phải có khả năng phát huỳnh quang mạnh, có khả năng tương tác với hợp chất nitroaromatic và dễ dàng tham gia vào các phản ứng trùng hợp. Ngoài ra, các monomer cũng cần có tính ổn định hóa học và nhiệt để đảm bảo độ bền của polymer.

3.2. Phản Ứng Trùng Ngưng Aryl Hóa Trực Tiếp Trong Tổng Hợp Polymer

Phản ứng trùng ngưng aryl hóa trực tiếp là một phương pháp hiệu quả để tổng hợp polymer cấu trúc liên hợp. Phản ứng này cho phép tạo ra các liên kết C-C trực tiếp giữa các monomer mà không cần sử dụng các nhóm bảo vệ hay các tác nhân phản ứng phức tạp. Phản ứng trùng ngưng aryl hóa trực tiếp có thể được thực hiện trong điều kiện tương đối nhẹ nhàng và có thể tạo ra các polymer có khối lượng phân tử cao.

3.3. Ứng Dụng Kích Thước Nano Để Tối Ưu Độ Nhạy Cảm Biến

Ứng dụng kích thước nano có thể được sử dụng để tối ưu hóa độ nhạy cảm biến. Ví dụ, polymer huỳnh quang có thể được tổng hợp ở dạng hạt nano để tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với hợp chất nitroaromatic, từ đó làm tăng khả năng tương tác và cải thiện độ nhạy cảm biến.

IV. Kết Quả Ứng Dụng Cảm Biến Huỳnh Quang Phát Hiện TNT Nhanh

Nghiên cứu này đã tổng hợp thành công hai polymer huỳnh quang mới: poly(PHP-alt-3HT) và poly(PHP-r-3HT-r-BTz). Cảm biến dựa trên các polymer này cho thấy khả năng phát hiện TNT (2,4,6-trinitrotoluene) nhanh chóng và hiệu quả trong các môi trường khác nhau: dung dịch, rắn và hơi. Độ nhạy cảm biến cao, với khả năng phát hiện TNT ở nồng độ rất thấp. Tính chọn lọc cảm biến cũng được đánh giá cao, với khả năng phân biệt TNT với các chất gây nhiễu khác. Các kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tiễn của các polymer huỳnh quang mới trong việc phát hiện nitroaromatic trong phân tích môi trường và an ninh.

4.1. Độ Nhạy Cảm Biến Cao Của Poly PHP alt 3HT Với TNT

Kết quả nghiên cứu cho thấy cảm biến huỳnh quang dựa trên polymer poly(PHP-alt-3HT) có độ nhạy cảm biến rất cao đối với TNT. Cụ thể, polymer này có thể phát hiện TNT ở nồng độ rất thấp trong dung dịch, rắn và hơi. Sự thay đổi phát huỳnh quang rõ rệt khi có mặt TNT cho thấy khả năng tương tác mạnh mẽ giữa polymer và hợp chất nitroaromatic này.

4.2. Tính Chọn Lọc Cảm Biến Tốt Của Poly PHP r 3HT r BTz Đối Với TNT

Cảm biến huỳnh quang dựa trên polymer poly(PHP-r-3HT-r-BTz) không chỉ có độ nhạy cảm biến cao mà còn có tính chọn lọc cảm biến tốt đối với TNT. Polymer này có khả năng phân biệt TNT với các chất gây nhiễu khác trong môi trường, cho phép phát hiện TNT một cách chính xác và đáng tin cậy. Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng thực tế, nơi có thể có nhiều chất khác nhau có thể gây ảnh hưởng đến kết quả phân tích.

4.3. Phát Hiện Thuốc Nổ Nitroaromatic Ở Trạng Thái Rắn

Polymer huỳnh quang còn có thể phát hiện nitro thuốc nổ ở trạng thái rắn bằng cách phủ polymer lên giấy và quan sát sự thay đổi huỳnh quang. Kết quả cho thấy khả năng dập tắt huỳnh quang đáng kể ở trạng thái rắn khi thử nghiệm trên giấy với nồng độ TNT phát hiện lên tới 10-12 M.

V. Cải Tiến Tối Ưu Cơ Chế Cảm Biến Để Tăng Độ Bền

Để cải thiện độ bền cảm biến, các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa cơ chế cảm biến bằng cách tăng cường tương tác giữa polymer và nitroaromatic, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường. Nghiên cứu về vật liệu thông minh có khả năng tự phục hồi hoặc tự điều chỉnh theo môi trường cũng là một hướng đi đầy hứa hẹn. Việc sử dụng các phương pháp tổng hợp hữu cơ tiên tiến để tạo ra các polymer có cấu trúc phức tạp và tính chất đặc biệt cũng có thể mở ra những khả năng mới trong lĩnh vực cảm biến nitroaromatic.

5.1. Nghiên Cứu Cơ Chế Dập Tắt Huỳnh Quang Chi Tiết Hơn

Nghiên cứu chi tiết về cơ chế dập tắt huỳnh quang là rất quan trọng để hiểu rõ quá trình tương tác giữa polymer và nitroaromatic. Điều này có thể giúp thiết kế các polymer mới với khả năng tương tác mạnh mẽ hơn và độ nhạy cảm biến cao hơn. Các phương pháp phân tích phổ học và mô phỏng máy tính có thể được sử dụng để nghiên cứu cơ chế dập tắt huỳnh quang.

5.2. Tăng Cường Độ Bền Cảm Biến Trong Điều Kiện Môi Trường Khắc Nghiệt

Để cảm biến có thể được sử dụng trong thực tế, cần phải tăng cường độ bền của chúng trong điều kiện môi trường khắc nghiệt. Điều này có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các polymer có tính ổn định hóa học và nhiệt cao, hoặc bằng cách bảo vệ polymer khỏi các tác nhân gây hại từ môi trường. Các lớp phủ bảo vệ hoặc các kỹ thuật đóng gói có thể được sử dụng để tăng cường độ bền cảm biến.

5.3. Phát triển Vật Liệu Thông Minh Trong Lĩnh Vực Cảm Biến

Phát triển vật liệu thông minh có khả năng tự phục hồi hoặc tự điều chỉnh theo môi trường. Việc sử dụng các phương pháp tổng hợp hữu cơ tiên tiến để tạo ra các polymer có cấu trúc phức tạp và tính chất đặc biệt cũng có thể mở ra những khả năng mới trong lĩnh vực cảm biến nitroaromatic.

VI. Kết Luận Tương Lai Hướng Phát Triển Cảm Biến Bền Vững

Nghiên cứu tổng hợp polymer huỳnh quang cấu trúc liên hợp đã mở ra hướng đi mới trong việc phát triển cảm biến phát hiện nitroaromatic nhanh chóng, nhạy bén và có tính chọn lọc cao. Các polymer mới như poly(PHP-alt-3HT) và poly(PHP-r-3HT-r-BTz) cho thấy tiềm năng ứng dụng to lớn trong lĩnh vực an ninh, phân tích môi trường và y tế. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc polymer, cơ chế cảm biến và độ bền để tạo ra các cảm biến có khả năng hoạt động ổn định trong các điều kiện môi trường khác nhau và đáp ứng nhu cầu thực tiễn. Công nghệ cảm biến hứa hẹn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường và đảm bảo an toàn cho cộng đồng.

6.1. Tiềm Năng Ứng Dụng Rộng Rãi Của Công Nghệ Cảm Biến Mới

Công nghệ cảm biến mới dựa trên polymer huỳnh quang có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong lĩnh vực an ninh, cảm biến có thể được sử dụng để phát hiện thuốc nổ và các chất nguy hiểm khác. Trong lĩnh vực phân tích môi trường, cảm biến có thể được sử dụng để giám sát ô nhiễm môi trường do các hợp chất nitroaromatic và các chất độc hại khác. Trong lĩnh vực y tế, cảm biến có thể được sử dụng để phát hiện các chất chỉ thị sinh học liên quan đến bệnh tật.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Vật Liệu Huỳnh Quang Cải Tiến

Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc phát triển các vật liệu huỳnh quang cải tiến với độ nhạy cảm biến cao hơn, tính chọn lọc cảm biến tốt hơn và độ bền cảm biến cao hơn. Các phương pháp tổng hợp hữu cơ tiên tiến và các kỹ thuật nano có thể được sử dụng để tạo ra các vật liệu huỳnh quang có cấu trúc và tính chất độc đáo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về các hợp chất Nitroaromatic (NACs) Các hợp chất Nitroaromatic (NACs) là một trong những nhóm hóa chất công nghiệp lớn nhất và quan trọng nhất được sử dụng ngày nay. Các hợp chất này là các phân tử hữu cơ bao gồm ít nhất một nhóm nitro (-NO2) gắn vào một vòng thơm (Hình 1. Nhóm nitro có một số đặc tính độc đáo giúp NACs trở nên hữu ích trong làm nguồn nguyên liệu thô để tổng hợp nên nhiều loại hợp chất khác nhau như chất nổ, thuốc nhuộm, thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, thuốc diệt nấm, sơn, chất bảo quản, chất chống oxy hóa, phụ gia xăng, chất ức chế ăn mòn và các hóa chất khác [1, 2].

Ước tính lượng NACs thải ra môi trường hàng năm có thể lên đến hàng chục nghìn tấn. Việc phát thải các NACs này có thể gây ra ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Một số báo cáo về sự phát thải NACs gây ô nhiễm ở một số nước như: Trung Quốc có lượng phát thải nitrophenols và nitrated salicylic acid trong không khí là 1.4 pg/m3 [3], Việt Nam với lượng 1,3-DNP, 1,6- DNP, 1,8-DNP trong đất là từ 0. Không chỉ thế, các hợp chất này còn gây nguy hiểm cho con người và các sinh vật sống khác bởi chúng có khả năng gây đột biến, gây ung thư cũng như gây độc cho cơ thể sống [6].

NACs được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ liệt kê trong các chất ô nhiễm ưu tiên [7]. Vậy nên, việc phát hiện dư lượng NACs nhanh, nhạy và chọn lọc giúp kịp thời có những biện pháp ngăn chặn và giảm thiểu hậu quả của các chất độc hại trên đối với môi trường, con người và sự phát triển bền vững của các quốc gia. Một số cấu trúc phổ biến của các hợp chất Nitroaromatic. Cho đến nay, đã có nhiều phương pháp phát hiện các hợp chất NACs được thực hiện.

Một số phương pháp truyền thống nổi bật phải kể đến đó là phương pháp sắc ký (GC, LC, HPLC), phân tích điện hóa và xu hướng mới nhất hiện nay là dùng cảm biến để nhận biết chất. Các phương pháp sắc ký (GC, LC, HPLC) là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong các kỹ thuật phát hiện chất, với khả năng đặc trưng về cả định tính và định lượng cũng như đạt được giới hạn phát hiện rất thấp. Phương pháp định tính dựa trên so sánh thời gian lưu (tR) giữa các cấu tử và các chuẩn thực hiện ở cùng điều kiện và định lượng dựa trên so sánh chiều cao hoặc diện tích của các peak đặc trưng của cấu tử chất phân tích và chất chuẩn. Có thể kết hợp với phương pháp khối phổ (MS) để nâng cao hiệu quả phát hiện.

Năm 2010, Ganranoo và các cộng sự đã sử dụng phương pháp LC- MS để phân tích hàm lượng của nitrophenol trong mẫu nước mưa [8]. Kết quả cho thấy các hợp chất nitrophenol như 4-nitrophenol, 2,4-dinitrophenol, 2-methyl-4-nitrophenol, 3-methyl-4-nitrophenol, và 2-nitrophenol được phát hiện với LOD lần lượt là 60, 12, 30, 67, và 23 pg. Năm 2018, Zhao và các cộng sự đã sử dụng phương pháp HPLC để định lượng chọn lọc bảy hợp chất NACs có cấu trúc tương tự nhau (1,2-DNB, 1,3-DNB, TNT, 2,4-DNT, 2-NT, 3-NT và 4-NT) với điều kiện rửa giải đơn giản (acetonitrile/water 3 = 65:35) [9]. Kết quả phân tích xác định được giới hạn phát hiện bảy NACs là rất thấp, từ 0.

Có thể thấy, các phương pháp sắc ký có độ nhạy và khả năng phát hiện cao, tuy nhiên chúng đòi hỏi thiết bị đắt tiền, vận hành phức tạp, tốn nhiều thời gian cho việc phân tích, và tính di động kém. Phương pháp phân tích điện hóa là phương pháp phân tích Volt-Ampere bằng cách khảo sát đường cong (I-E) trong quá trình điện phân dung dịch ở điều kiện điện phân đặc biệt. Năm 2006, Zhang và các cộng sự đã dùng phương pháp điện hóa để phân tích các hợp chất NACs bằng vật liệu meso SiO2 từ MCM-41 [10]. Vật liệu biến tính này có độ nhạy cao để phát hiện các NACs như 2,4,6-trinitrotoluene (TNT), 1,3,5- trinitrobenzene (TNB), 2,4-dinitrotoluene và 1,3-dinitrobenzene ở cấp độ nano.

Tuy nhiên, phương pháp phân tích điện hóa không được đánh giá cao về độ chọn lọc, bên cạnh đó, chất phải có tính oxi hóa hoặc khử trong phạm vi phù hợp, điện cực phải trơ về mặt điện hóa và mẫu phải được hòa tan [11]. Cảm biến là một thiết bị có khả năng cung cấp thông tin phân tích định lượng hoặc bán định lượng có chọn lọc thông qua phần tử nhận dạng có thể là điện, hóa, sinh học; nó thường bao gồm một đầu dò và một bộ xử lý [12]. Đây là một kỹ thuật có thể giải quyết nhiều vấn đề, cũng như khắc phục được các nhược điểm của những phương pháp trên do nó có chi phí thấp, tính di động tốt, cụ thể và nhanh chóng. Tuy nhiên, độ nhạy là một vấn đề, nhiều cảm biến khó phát hiện được chất ở nồng độ thấp.

Các xu hướng tương lai cho lĩnh vực này là nỗ lực cải thiện độ nhạy, độ chọn lọc trong cảm biến [13]. Cảm biến huỳnh quang trong phát hiện các hợp chất Nitroaromatic 1. Cảm biến huỳnh quang Khái niệm về cảm biến huỳnh quang lần đầu tiên được đưa ra bởi Chae và Czarnik. Trong đó, cảm biến huỳnh quang được hiểu là những phân tử phi sinh học được sử dụng để nhận biết chất phân tích thông qua sự truyền dẫn bất thuận nghịch những tín hiệu mà con người có thể quan sát được.

Phương pháp này dựa trên các phản ứng tạo ra 4 bởi chất cảm biến và chất phân tích nào đó như anion, cation hoặc phân tử. Những phản ứng này dẫn đến sự chuyển biến hóa học liên quan sự phá vỡ và hình thành một vài liên kết cộng hóa trị. Chúng thường là bất thuận nghịch và phản ánh sự đáp ứng tích lũy, có mối liên hệ trực tiếp với nồng độ của chất phân tích [14]. Tuy thời gian đầu, các nghiên cứu về cảm biến huỳnh quang còn phát triển chậm, nhưng giai đoạn từ năm 2005 đến nay, các công trình nghiên cứu về cảm biến huỳnh quang được công bố ngày càng tăng [15].

Các cảm biến dùng trong phương pháp huỳnh quang cho phép thực hiện phép phân tích tương đối dễ dàng, ít tốn kém và độ nhạy cao [14]. Trong lĩnh vực cảm biến nhận biết các hợp chất nitroaromatic, người ta sử dụng cảm biến huỳnh quang dựa trên các tương tác hóa học, gọi chung là cảm biến hóa học. Cảm biến này hoạt động với một nguyên tắc đơn giản, một hợp chất cố định sẽ tương tác với chất phân tích, tạo sản phẩm có thể quan sát được như thay đổi màu sắc hoặc cường độ huỳnh quang [13], từ đó, chúng có khả năng cung cấp thông tin trực tiếp và thời gian thực về sự hiện diện của các hợp chất hoặc ion cụ thể trong mẫu phân tích ngay cả những mẫu phức tạp [16]. Hiện nay, các cảm biến hóa học được sử dụng ngày càng phổ biến bởi đặc tính độ nhạy, độ chọn lọc cao, giới hạn phát hiện thấp, thời gian phân tích nhanh và chi phí thấp hơn so với các phương pháp phân tích mẫu trước đó.

Chính điều này giúp cảm biến hóa học trở thành phương pháp phát hiện NACs ưu thế và tiềm năng nhất hiện nay. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước a. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Trong những năm gần đây, cảm biến huỳnh quang đã được sử dụng vô cùng phổ biến để nhận biết đa dạng các hợp chất NACs. Năm 2016, Verbitskiy và các cộng sự đã sử dụng hợp chất màu dạng D-π-A dựa trên pyrimidine làm chất nhạy quang để phát hiện các chất nổ NACs như 2,4,6-trinitrophenol (PA), 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) và 2,4- dinitrotoluene (DNT) trong dung môi acetonitrile [17].

Kết quả cho thấy, giới hạn phát hiện các hợp chất này là dưới 10−7 mol. Năm 2019, một vật liệu khung kim loại hữu cơ Cd-LMOF dựa trên carbazole đã được biến tính bởi Xu và các cộng sự, kết quả phân 5 tích phát hiện các NACs như nitrofurans (NFs), 4-nitroaniline (4-NA) và 2,6-dichloro- 4-nitroaniline (DCN) cho thấy vật liệu này có độ chọn lọc và độ nhạy cao [18]. Năm 2021, Ulloa và các cộng sự đã sử dụng vật liệu nano graphene để cảm biến thuốc trừ sâu NACs họ organophosphorus (methyl parathion và fenitrothion) cho giới hạn phát hiện thấp tới 1 μM (0. Không chỉ phát hiện chọn lọc các loại NACs, nhiều nghiên cứu cho thấy nhiều vật liệu có thể phát hiện được NACs ở cả ba pha rắn, lỏng, và hơi.

Một nghiên cứu của Zhang và các cộng sự về vật liệu dựa trên barbituric acid cho kết quả khả quan để phát hiện 2,4,6-trinitrophenol (PA) theo cơ chế dập tắt huỳnh quang với hằng số dập tắt Stern Volmer là 4. Không những thế, các thử nghiệm trên giấy cũng có độ nhạy vượt trội đối với PA. Năm 2022, Rafique và các cộng sự đã dùng cảm biến huỳnh quang dựa trên stilbene giàu điện tử để phát hiện nitrobenzene ở thể hơi với độ nhạy và độ chọn lọc cao [21]. Tình hình nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, cảm biến huỳnh quang đã được Dương Tuấn Quang và các cộng sự nghiên cứu kể từ năm 2007 [14].

Các cảm biến này chủ yếu ứng dụng để nhận biết các hợp chất, ion gây độc hại cho môi trường, sinh vật và con người. Năm 2015, Nguyễn Khoa Hiền và các cộng sự đã thiết kế cảm biến hóa học từ dẫn xuất của dimethylaminocinnamaldehyde với aminothiourea để xác định các ion Ag+, Hg2+, Cu2+ [22]. Một báo cáo của Nguyễn Hải Minh và cộng sự (2020), nghiên cứu về cảm biến quang hóa học dựa trên hợp chất anthracene ứng dụng phát hiện ion Zn2+ trong tế bào sống với tính chọn lọc cao [23]. Tuy nhiên, các nghiên cứu về việc ứng dụng cảm biến hóa học để nhận biết chọn lọc NACs ở Việt Nam còn khá ít.

Ở trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM, nhóm nghiên cứu của thầy PGS. Nguyễn Trần Hà tại khoa Công nghệ Vật liệu đã tổng hợp và ứng dụng thành công các vật liệu huỳnh quang trong nhận biết chất nổ họ NACs – TNT. Điển hình là nghiên cứu của Đoàn Kim Bảo và các cộng sự, nghiên cứu đã tổng hợp thành công vật liệu oligomer dựa trên 3-hexylthiophene, pyrene, và triphenylamine với khả năng phát hiện TNT hiệu quả ở dạng dung dịch [24].

Tuy nhiên, vật liệu oligomer này còn hạn chế về độ nhạy (LOD = 0.2 mM) làm cản trở 6 việc ứng dụng nó trong phát hiện TNT ngoài thực tế. Từ đó, để cải thiện về độ nhạy và độ chọn lọc đối với TNT, tôi hướng đến nghiên cứu và tổng hợp nên vật liệu liên hợp huỳnh quang mới với các đặc tính thú vị để tăng hiệu quả phát hiện TNT, đây cũng là cơ sở để thực hiện đề tài này. Cơ chế huỳnh quang trong cảm biến 1.