设计和合成基于香豆素的新型荧光化学传感器，用于在水样和生物样品中同时检测Hg2+和Cu2+

《RSC Advances》：Design and synthesis of new coumarin-based fluorescent chemosensors for the dual detection of Hg2+ and Cu2+ in aqueous and biological samples

本研究设计并合成了一系列新型香豆素基Schiff碱探针，实现对水溶液和人类血清中Hg2?和Cu2?的高灵敏（检测限分别为36.75 nM和33 nM）选择性检测。探针通过chelation-enhanced fluorescence（CHEF）机制对Hg2?产生荧光“turn-on”，而Cu2?通过paramagnetic quenching导致荧光减弱。实验验证了探针在复杂基质中的实用性，并展示了基于EDTA的可逆再生特性及肉眼可见的颜色变化（绿色→黄色）。该探针为环境监测和临床诊断提供了高效、低成本的解决方案。

　　本文介绍了一种基于香豆素的新型席夫碱探针，用于高选择性和高灵敏度地同时检测水溶液和人体血清中的汞离子（Hg2?）和铜离子（Cu2?）。这些探针在生物医学和环境监测领域展现出重要的应用价值。研究结果表明，这些探针具有显著的光学响应特性，对于Hg2?的检测采用“荧光开启”机制，即通过螯合增强荧光（CHEF）实现检测；而对于Cu2?的检测则表现出淬灭效应，这归因于顺磁相互作用。探针1d展示了出色的灵敏度，其检测限分别为36.75 nM和33 nM，同时具有快速的响应时间，小于35秒。选择性方面，通过紫外-可见光谱和荧光光谱的测量确认了其在检测Hg2?时几乎不受其他离子的干扰。值得注意的是，这些探针能够通过可见光谱的颜色变化（从绿色变为黄色）实现裸眼检测，为现场快速检测提供了便利。此外，研究还通过使用EDTA进行可逆性实验，验证了探针的可重复使用性。实际应用方面，成功地在人工添加的血清样品中定量检测了Hg2?和Cu2?，其回收率在吸收光谱和荧光光谱中分别达到90-99.8%和91-99.9%，显示出良好的适用性。

在引入部分，文章指出香豆素是一类广泛存在于植物、真菌和微生物中的次级代谢产物，已鉴定出超过1300种香豆素衍生物。这些化合物因其出色的光物理性质，如高量子产率、可见光激发和显著的斯托克斯位移，成为化学传感器设计中的重要荧光和色基。香豆素结构在3、4或7位的结构可变性使其能够通过结构修饰增强对特定金属离子的选择性。汞和铜等重金属离子对人体健康和环境具有显著危害，即使在痕量水平也会造成严重后果。因此，开发高灵敏度和高选择性的化学传感器对于环境监测和生物医学诊断至关重要。近年来，基于香豆素的双功能传感器被设计用于同时识别Hg2?和Cu2?，并利用不同的光学响应机制，如螯合增强荧光（CHEF）和光诱导电子转移（PET）进行区分。

在实验部分，研究首先介绍了所使用的化学试剂，包括2,4-羟基苯甲醛、乙基乙酰乙酸酯、苯胺、对氯苯胺、对甲氧基苯胺和对硝基苯胺。随后详细描述了探针的合成过程，其合成路径如图1所示，其中化合物1的合成参考了作者之前的研究。其他目标化合物也按照类似方法进行合成。实验中还描述了对不同金属离子（如Na?、K?、Ag?、Mg2?、Cu2?、Ca2?、Zn2?、Pb2?、Cd2?、Ba2?、Ni2?、Hg2?以及Cl?、NO??、HPO?2?、SO?2?等）的响应研究，使用紫外-可见光谱和荧光光谱分析了探针在不同离子存在下的行为。同时，研究还评估了EDTA、S2?、柠檬酸和乳酸对探针荧光响应的影响，进一步验证了其选择性和可逆性。在血清样品中，通过标准加入法检测了Hg2?和Cu2?的浓度，并计算了线性度（R2）和回收率，结果表明探针在实际应用中表现出良好的性能。

在结果与讨论部分，研究通过紫外-可见光谱和荧光光谱分析了探针对Hg2?和Cu2?的响应机制。探针在Hg2?存在下表现出吸收峰的消失和新峰的出现，以及荧光强度的显著增强，这表明Hg2?通过螯合增强荧光（CHEF）机制与探针发生作用。而Cu2?的加入则导致荧光强度的下降，这种淬灭效应是由于顺磁相互作用引起的。进一步研究显示，探针在Hg2?和Cu2?存在下表现出良好的选择性，即使在其他金属离子存在的复杂环境中也能保持稳定的响应。通过Job's plot分析，研究确定了Hg2?和Cu2?与探针之间的1:1结合比例。此外，探针在pH值为5.0至10.0的范围内表现出良好的pH依赖性荧光响应，这使其适用于生物医学检测。在响应时间方面，探针对Hg2?和Cu2?的检测时间均在35秒以内，显示出其快速的响应特性。这些结果表明，探针在检测重金属离子方面具有较高的效率和实用性。

在比较研究部分，研究将所开发的探针与之前报道的其他双检测荧光探针进行了对比。结果显示，该探针在检测限、响应时间和可逆性方面均优于现有探针。例如，其检测限分别为36.75 nM和33 nM，而其他一些探针的检测限较高，如2-OxI-Rh的检测限为3.36 × 10?? M。此外，该探针能够在血清样品中实现高回收率，进一步验证了其在实际应用中的可行性。这种高灵敏度和选择性的特性使其成为一种高效且经济的工具，适用于临床诊断和实时环境监测。

在血清样品检测部分，研究通过标准加入法评估了探针对Hg2?和Cu2?的检测性能。结果表明，探针在血清样品中能够准确检测Hg2?和Cu2?，其回收率在吸收光谱和荧光光谱中分别达到90-99.8%和91-99.9%，显示出良好的线性响应和实际应用潜力。此外，探针的裸眼检测能力使其在缺乏精密设备的环境中也具有应用价值。这些结果进一步证明了该探针在复杂生物样品中的实用性。

结论部分指出，本文成功开发并合成了一系列基于香豆素的化学传感器，用于Hg2?和Cu2?的双检测。探针1d在检测Hg2?时表现出显著的荧光增强效应，而在检测Cu2?时则显示出荧光淬灭效应。其检测限和响应时间均优于其他现有的传感器，同时具有良好的可逆性和选择性。这些特性使得探针在环境和生物医学领域具有广泛的应用前景。研究还强调了探针在资源有限环境中的实用性，为其在实际应用中的推广提供了理论支持。此外，研究的伦理声明和数据可用性部分也表明，实验过程符合伦理规范，并且所有相关数据均已公开，为后续研究提供了便利。