基于1,3,4-噻二唑与香豆素的ESIPT荧光探针：食品中Cu2+ 和H2 S的序贯检测及机制研究

研究人员针对食品与环境中的Cu2+ 和H2 S污染问题，设计了一种基于ESIPT（激发态分子内质子转移）效应的新型荧光探针L-G。该探针通过耦合1,3,4-噻二唑与香豆素单元，实现了对Cu2+ （检测限78.0 nM）和H2 S（52.2 nM）的高灵敏度序贯检测，并成功应用于实际食品样本分析，为食品安全监测提供了创新工具。

　　

铜离子（Cu²⁺
）和硫化氢（H₂
S）在生物体内扮演着双面角色——既是必需元素，又可能因浓度异常引发健康危机。Cu²⁺
过量会导致阿尔茨海默病等神经退行性疾病，而H₂
S作为气体信号分子，其失衡与癌症发展密切相关。更棘手的是，这两者在食品加工和环境中的残留问题日益突出：Cu²⁺
通过食物链富集可造成持久污染，H₂
S作为防腐剂的滥用也可能危害健康。传统检测方法往往只能单独识别其中一种物质，且操作复杂。面对这一挑战，大连的研究团队创新性地将1,3,4-噻二唑的金属配位能力与香豆素的稳定荧光特性相结合，开发出能实现"开-关-开"式序贯检测的荧光探针L-G，相关成果发表在《Food Chemistry》上。

研究团队主要运用了四种关键技术：密度泛函理论（DFT）计算解析探针的电子结构；核磁共振氢谱（¹
H NMR）滴定确定配位位点；高分辨质谱（HRMS）追踪反应路径；以及基于还原密度梯度（RDG）的非共价相互作用分析。实际样本检测覆盖了饮用水、中药材、红酒等复杂基质。

【溶剂筛选】通过系统优化发现乙腈/水（7:3）体系下，探针对Cu²⁺
的荧光猝灭效率达96.3%，为后续实验奠定基础。

【NCI分析】RDG等值面图直观显示羟基与噻二唑氮原子间的分子内氢键（强度-0.03 a.u.），这是ESIPT效应的结构基础。

【识别机制】Job's曲线证实L-G与Cu²⁺
形成1:1络合物，DFT计算表明Cu²⁺
优先与噻二唑的硫原子和邻位羟基氧配位，导致ESIPT过程受阻而荧光猝灭。

【实际应用】试纸条实验显示仅Cu²⁺
能使黄色试纸变为无色，选择性显著；红酒样本加标回收率达98.2%-102.7%，验证了方法的可靠性。

这项研究的突破性在于三点：首先，通过巧妙的分子设计将ESIPT特性与金属配位化学结合，实现了Cu²⁺
和H₂
S的"串联式"检测；其次，78.0 nM的Cu²⁺
检测限低于WHO规定的饮用水标准（31.5 μM）；最后，探针在中药材等复杂基质中的成功应用，为食品安全快检提供了新思路。正如作者Chengwei Lü团队强调的，这种"一石二鸟"的设计策略可拓展至其他重金属-气体分子检测体系，在环境监测和疾病诊断领域具有广阔前景。