基于茶叶天然黄酮类化合物的光学pH传感研究：一种环保型宽范围pH指示剂的开发与应用

本研究针对传统化学pH指示剂的毒性及稳定性问题，创新性地从茶树（Camellia sinensis）叶片中提取富含儿茶素（CTE）的黄酮类化合物，通过UV-Vis吸收光谱和荧光光谱分析，证实其在pH 1.66-11.80范围内具有线性响应特性。研究揭示了质子化/去质子化及聚合作用对光学性质的调控机制，为开发低成本、可降解的光学pH传感器提供了天然解决方案。

　　

在环境监测、食品工业和生物医学等领域，pH值的精确检测至关重要。然而，传统化学pH指示剂如甲基红、酚酞等存在毒性大、难降解、成本高等缺陷，而天然色素如花青素和甜菜碱的pH响应范围有限。面对这一挑战，来自迪布鲁加尔大学（Dibrugarh University）的研究团队独辟蹊径，将目光投向了茶树叶中富含的天然黄酮类化合物。这项发表于《Next Materials》的研究，首次系统论证了茶叶儿茶素提取物（CTE）作为宽范围光学pH传感器的潜力，为可持续传感技术的发展开辟了新路径。

研究人员采用热水浴提取法获得CTE，通过扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振（¹H NMR）和液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）确认其化学成分，并利用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱研究其pH响应特性。实验选用茶树嫩叶作为原料，通过30倍稀释后开展传感测试。

FTIR与¹H NMR研究
FTIR谱在3432 cm^-1（OH振动）和1665 cm^-1（C=C/C=O）等特征峰证实黄酮类结构。¹H NMR谱在3.80-5.20 ppm区间的信号表明存在表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）等主要儿茶素亚型，与LC-MS检测到的m/z 441峰（ECG）相互印证。

光学特性分析
UV-Vis光谱显示273 nm特征吸收峰（苯甲酰系统）和340 nm肩峰（氧化儿茶素）。荧光光谱在318 nm（单体儿茶素）、340 nm（没食子酸）和442 nm（聚合儿茶素）处呈现三发射带。加入亚硝酸钠后330 nm新峰的出现，进一步验证了儿茶素的存在。

pH传感性能
在pH 1.66-11.80范围内，273 nm吸收强度与pH呈正相关（灵敏度0.0038 a.u./pH），340 nm吸收峰红移现象（314→346 nm）可作为辅助指标。荧光检测中，442 nm发射强度随pH升高单调递增（灵敏度4432.9 CPS/pH），归因于去质子化诱导的聚合增强效应（AIE）。时间分辨荧光显示寿命从酸性条件下的0.07 ns延长至碱性条件的0.80 ns，证实聚合结构对非辐射跃迁的抑制作用。与标准pH计对比验证，两种光学方法的平均准确度均超过93%。

这项研究的意义在于：首次系统证实茶叶儿茶素可作为全pH范围（1.66-11.80）的光学传感材料，其水溶性、生物可降解性和低成本特性，完美契合可持续发展需求。研究揭示的质子化-聚合协同调控机制，为设计新型智能传感材料提供了理论依据。未来通过固载化处理或微流控芯片集成，这种天然探针有望应用于食品新鲜度监测、环境污染预警等领域，推动绿色分析化学的发展。值得注意的是，该提取物在室温下仅能稳定3-4天，后续研究需重点解决其长期稳定性问题。