新型红色荧光染料DBD：环境基质中聚氨酯微塑料的高选择性检测新策略

本刊推荐：研究团队开发了一种新型红色荧光染料DBD，通过溶剂化显色和聚集诱导发光（AIE）特性，实现了对环境中聚氨酯微塑料（PU MPs）的高选择性检测。该方法在复杂基质（河水/海水/土壤）中无需预处理即可通过氢键和范德华力作用实现特异性识别，为微塑料污染监测提供了创新性解决方案。

　　

亮点

• 新型红色荧光染料DBD可实现聚氨酯微塑料（PU MPs）的高选择性染色

• 通过光谱研究和密度泛函理论（DFT）计算阐明了溶剂化显色与聚集诱导发光（AIE）特性

• 优化染色条件为：75 μM浓度下于1:1（v/v）水/乙醇混合液中染色60分钟

• 在11种微塑料和5种天然颗粒中仅对PU表现出特异性染色

• 适用于不同粒径、老化状态的PU微塑料，pH适用范围宽（5-9）

• 在河水/海水/土壤等复杂环境中无需预处理即可实现特异性检测

• 通过差示扫描量热法（DSC）、扫描电镜（SEM）、热重分析（TGA）、非共价相互作用（NCI）和X射线光电子能谱（XPS）证实其通过氢键和范德华力吸附

材料与仪器

1,3-二甲基巴比妥酸和4-(二苯氨基)苯甲醛购自TCI公司。其余试剂与溶剂来自Samchun、Sigma-Aldrich和JUNSEI等供应商。塑料与天然颗粒的来源、形态和尺寸详见表S1。颗粒状塑料及部分天然颗粒（砂、贝壳、木材）使用冷冻研磨机（6875D Freezer/Mill, SPEX, USA）粉碎，后经筛分获得目标尺寸微塑料。

DBD的设计与合成

巴比妥酸衍生物作为强吸电子基团，与含发色团的供体基团结合时可通过电荷转移（ICT）呈现显色或荧光特性（Lee et al., 2024）。已有研究显示多种巴比妥酸衍生物与不同供体组合可产生红色荧光（Ding et al., 2020; Yin et al., 2016）。参照文献，本研究通过单步缩合反应合成新化合物DBD（反应方程式见图1a），并经核磁共振（NMR）和高分辨质谱（HRMS）确认结构（图S1-S3）。

结论

新型红色荧光染料DBD对聚氨酯微塑料（PU MPs）表现出特异性染色能力，使其在11种塑料和5种天然颗粒中显著区分。通过紫外可见光谱、荧光光谱、Kawski-Chamma-Viallet作图及DFT计算揭示了DBD的溶剂化显色、ICT和AIE特性。系统评估水含量、染色时间和染料浓度后，确定最佳染色条件为：50%水相、75 μM浓度下染色60分钟。DBD对不同粒径和老化状态的PU微塑料均有效，且在pH 5-9范围内保持稳定染色性能。在河水、海水和土壤等复杂环境基质中无需预处理即可实现特异性检测，通过红色荧光清晰区分其他颗粒。DSC、SEM、TGA、NCI和XPS分析表明DBD与PU间通过氢键和范德华力发生吸附作用。