基于AIE效应的茚酮荧光探针PDI的开发及其对4-硝基苯胺的固相与气相超灵敏检测

《Microchemical Journal》：Synthesis and development of indanone as AIE based fluorescent probe for ultrasensitive detection of 4-nitroaniline in solid and vapor phase

本文报道了一种新型茚酮基荧光探针PDI，该探针具有显著的溶致变色效应和聚集诱导发光(AIE)特性，能够通过光诱导电子转移(PET)机制实现对环境污染物4-硝基苯胺(4-NA)的高选择性荧光猝灭检测，检测限低至196 nM。研究团队通过系统的表征手段验证了探针的J-聚集体形成机制，并成功将其应用于固相与气相检测场景，为环境污染物的快速监测提供了新的技术方案。

　　

在环境监测和公共安全领域，硝基芳香族化合物（NACs）的检测一直是个重大挑战。这类化合物不仅具有持久性污染特性，还因其爆炸潜力对国家安全构成威胁。其中4-硝基苯胺（4-NA）作为一种重要的工业中间体，被广泛应用于染料、农药和橡胶化学品生产，但其高水溶性和生物累积性导致其在水体和土壤中持久存在，被美国环境保护署列为重点污染物。长期接触4-NA可引发高铁血红蛋白血症等严重健康问题，因此开发快速、灵敏的检测方法迫在眉睫。

传统检测方法如色谱-质谱联用技术虽有一定效果，但存在设备昂贵、操作复杂等局限性。相比之下，荧光传感技术以其高灵敏度、快速响应等优势展现出巨大潜力。然而，大多数有机荧光探针面临聚集导致猝灭（ACQ）的难题——即在聚集状态下荧光减弱，这严重制约了其实际应用。正是在这样的背景下，聚集诱导发光（AIE）现象的发现为荧光探针设计提供了新思路。

本研究发表在《Microchemical Journal》上，研究团队设计合成了一种新型茚酮基荧光探针PDI，系统研究了其光物理性质及其对4-NA的检测性能。研究人员通过核磁共振（NMR）谱、动态光散射（DLS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）滴定和密度泛函理论（DFT）分析等多种技术手段，深入探讨了探针与 analyte 的相互作用机制。

关键技术方法包括：通过克莱森-施密特缩合反应合成探针PDI；利用光谱学方法研究探针的AIE特性和J-聚集体形成；建立DMF/水混合体系（1/9, v/v）的荧光检测平台；通过核磁滴定和质谱分析验证相互作用机制；开发固相和气相检测方法。

化学品和表征

研究采用分析纯试剂，使用核磁共振波谱（NMR）对探针PDI进行结构表征，通过光谱荧光计记录光致发光光谱，利用紫外-可见分光光度计测定吸收特性，为后续光物理性质研究奠定基础。

化学合成

通过克莱森-Schmidt缩合反应成功合成探针PDI，该反应涉及1-茚酮与肉桂醛在碱性条件下的缩合，形成具有共轭体系的新型荧光分子，为后续传感应用提供了理想的荧光团骨架。

荧光检测分析

研究发现探针PDI在DMF/H₂O（1:9, v/v）体系中表现出显著的AIE特性，在水含量90%时发射波长红移55 nm，证实J-聚集体的形成。探针对4-NA表现出特异性荧光猝灭响应，检测限达196 nM，显著优于许多已报道的传感体系。

气相检测性能

创新性地开发了探针PDI的气相检测应用，TLC试纸条在暴露于4-NA蒸汽后发生明显的荧光猝灭现象，同时该探针还对三氟乙酸（TFA）和三乙胺（TEA）蒸汽具有响应能力，拓展了其实际应用场景。

研究表明，探针PDI不仅具有优异的发光性能，更在复杂环境条件下表现出良好的稳定性，其对pH、温度和紫外照射的耐受性进一步证明了其实际应用潜力。特别是其能够同时实现固相和气相检测的能力，为环境污染物监测提供了新的技术思路。此外，研究还展示了该探针在分子逻辑门开发中的应用潜力，为智能传感材料的设计开辟了新途径。

这项工作的重要意义在于成功构建了一个集AIE特性、高选择性和多模式检测于一体的荧光传感平台，为解决硝基芳香族污染物的快速监测提供了创新性解决方案，在环境监测和公共安全领域具有广阔的应用前景。