阴离子型间苯二酚杯芳烃与过渡金属离子在水溶液中的相互作用机制及传感性能研究

【编辑推荐】本研究针对水体中Pb2+ 、Cu2+ 等重金属污染监测难题，通过光谱学与计算模拟技术，揭示了阴离子型间苯二酚杯芳烃Na4 EtRA与金属离子的外腔静电作用机制，证实其作为荧光传感器的"turn-off"效应及低检测限特性，为环境重金属检测提供了新型分子工具。

　　

重金属污染已成为全球水环境面临的严峻挑战，特别是Pb²⁺
、Cu²⁺
等过渡金属离子，不仅会破坏水体生态平衡，更通过食物链威胁人类健康。传统检测方法存在设备昂贵、操作复杂等局限，而荧光传感器因其高灵敏度、快速响应等优势成为研究热点。然而，现有探针分子普遍面临选择性差、水溶性不足等问题。针对这一科学难题，哥伦比亚洛斯安第斯大学与美洲大学的研究团队创新性地利用磺化间苯二酚杯芳烃Na₄
EtRA，系统探究了其与五种金属离子的相互作用机制，相关成果发表于《Journal of Molecular Liquids》。

研究团队采用紫外可见光谱(UV-Vis)、荧光光谱和计算化学相结合的策略。通过Job氏曲线法确定配合物 stoichiometry（化学计量比），借助Stern-Volmer方程和Benesi-Hildebrand模型计算结合常数，并利用密度泛函理论(DFT)阐明相互作用位点。

【Spectroscopic studies】部分显示：UV-Vis光谱中Fe³⁺
在590 nm处新吸收带的出现证实了1:1型EtRA^4–
-Fe³⁺
复合物形成；荧光光谱则观察到所有金属离子均导致Na₄
EtRA的荧光淬灭（turn-off效应），其中Pb²⁺
形成1:2型复合物，其余离子为1:1型。

【Conclusions】部分总结：计算化学证实金属结合主要发生在杯芳烃外腔的磺酸根基团处，而非传统认知的疏水空腔。该发现颠覆了人们对杯芳烃宿主作用的传统理解，其检测限(LOD)达到环境监测实用要求，为设计新型水溶性荧光探针提供了理论依据。

该研究的创新性在于：首次阐明磺化杯芳烃的"外腔识别"机制，突破宿主分子必须依赖空腔作用的思维定式；建立的检测方法对Pb²⁺
等有害金属具有纳摩尔级灵敏度，较传统方法提升2个数量级。正如通讯作者Diana M. Galindres-Jiménez强调的，这种结构明确、合成简便的探针分子，在环境重金属实时监测领域展现出广阔应用前景。