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在环境监测和工业应用中，挥发性有机化合物（VOCs）检测至关重要。研究人员合成含金属卟啉的共聚甲醛用于检测胺类。结果显示该材料对胺类有传感特性，对醚类和芳香非极性物质无传感活性，为 VOCs 光学传感提供了新方向。
在环境监测与工业生产的大舞台上，挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）宛如隐藏的 “幕后黑手”，虽看不见摸不着，却凭借其广泛存在和潜在的健康危害，对人类的生活与环境产生着深远影响。其中，胺类物质作为 VOCs 的重要成员，从畜牧养殖、生物质燃烧的 “源头”，到食品工业的 “加工环节”，不断向大气中释放。它们在对流层中肆意 “穿梭”，与水和颗粒物相互作用，通过多种途径在全球范围内扩散，不仅污染空气，还可能在食品中 “潜伏”，经氨基酸脱羧产生有害物质，直接威胁人类健康。因此，开发高效、选择性的胺类传感系统迫在眉睫。
在此背景下，研究人员开启了一场探索之旅。他们聚焦于金属卟啉和聚合物的奇妙组合，旨在打造新型的胺类检测 “利器”。最终，他们成功合成了含金属卟啉的共聚甲醛，并发现这种材料在检测胺类物质方面展现出独特的优势，为环境监测和相关领域带来了新的曙光。该研究成果发表在《Dyes and Pigments》杂志上，吸引了众多科研人员的目光。
为了实现这一突破，研究人员运用了多种关键技术方法。在材料合成方面，采用界面聚缩合反应，以四丁基溴化铵（TBAB）为相转移剂，成功制备了聚醚甲醛（PEF）和含卟啉主链的共聚物（PEF-P），并通过金属化反应得到了钴卟啉（PEF-PCo）和锌卟啉（PEF-PZn）衍生物。在结构与性能表征上，运用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF）、凝胶渗透色谱（GPC）、核磁共振（1H NMR）等多种光谱技术以及热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）等热分析技术，对聚合物的结构、组成、热稳定性等进行深入剖析。在传感性能测试中，通过溶液和固态薄膜实验，利用紫外可见漫反射光谱（DRS）评估材料对胺类物质的传感特性。
下面让我们深入了解一下研究的具体成果：
- 聚合物的合成与结构表征：通过界面聚缩合反应，成功合成了含卟啉的共聚甲醛（PEF-P），并以只含双酚 A（BPA）的聚醚甲醛（PEF）作为对照。MALDI-TOF 质谱分析确定了聚合物的结构，1H NMR 光谱进一步证实了聚合物中各基团的存在。GPC 分析表明，PEF-P 中卟啉基团均匀分布在主链上，且由于线性和环状物种的形成，其分子量分布呈现多峰模式。
- 聚合物的热稳定性与光谱特性：TGA 分析显示，PEF-P 的热稳定性略低于 PEF，但由于卟啉的扩展芳香结构，其在 800°C 时的残留量更高。DSC 分析表明，卟啉的引入对聚合物的玻璃化转变温度影响较小。UV-Vis 光谱和荧光光谱显示，PEF-P 保留了卟啉的特征光谱，且在不同溶剂中表现出溶剂化显色现象。金属化后的 PEF-PZn 和 PEF-PCo 光谱特性发生改变，这是由于金属离子改变了卟啉大环的电子结构和对称性。
- 对胺类物质的传感性能：金属卟啉对电子供体物种（如胺类）具有独特的传感性能。在溶液实验中，PEF-PZn 和 PEF-PCo 对吡啶和哌啶的传感表现出浓度依赖性的光谱变化。PEF-PZn 对吡啶和哌啶的线性响应范围分别为 60 μM 至 0.7 mM 和 1.1 μM - 60 μM，PEF-PCo 对吡啶和哌啶的线性响应范围分别为 0.3 μM - 30 μM 和 0.09 μM - 18 μM。固态薄膜实验中，PEF-PZn 和 PEF-PCo 薄膜在暴露于吡啶和哌啶蒸汽后，光谱发生明显变化，且传感器具有良好的可重复性，可重复使用三次，性能下降低于 5%。
研究结论和讨论部分，此次研究成功合成了含金属卟啉的共聚甲醛，这种材料不仅具备良好的热稳定性和可成膜性，还对胺类物质展现出卓越的传感性能。无论是在溶液状态还是固态薄膜形式下，它都能敏锐地 “捕捉” 到胺类物质的存在，并通过光谱变化 “报告” 出来。而且，不同金属卟啉（锌卟啉和钴卟啉）对胺类的传感灵敏度存在差异，钴卟啉因其特殊的电子结构，对吡啶和哌啶的检测限更低，灵敏度更高。这一成果为环境监测、工业生产以及食品安全等领域中胺类污染物的检测提供了新的技术手段和材料选择，有望推动相关领域的快速发展，让我们在应对 VOCs 污染挑战时多了一件有力的 “武器”。
