基于半菁染料的氨水传感器：微生物生长监测领域的突破性进展

本研究针对氨气（NH3 ）在水相环境中的高灵敏度检测难题，开发了一种新型4-羟基苯基供体半菁染料（BZTHC）。通过UV-Vis、1 H NMR等技术证实其检测限低至0.263 ppm，首次实现液态氨的实时监测，并在微生物生长追踪中验证实用性，为工业安全与生物监测提供创新工具。

　　

氨气作为一种高挥发性碱性化合物，在化肥生产和工业冷却等领域不可或缺，但其微量暴露即可引发严重呼吸系统损伤。尽管现有技术如红外光谱（IR）和电化学法已能检测气态氨，水相环境中的ppm级监测仍是技术瓶颈。传统染料传感器存在光稳定性差、灵敏度不足等问题，而半菁染料因其独特的光物理性质成为突破方向。

印度Amrita Viswa Vidyapeetham的研究团队设计合成了一种新型半菁染料（Z）-3-（羧甲基）-2-（4-羟基苯乙烯基）苯并[d]噻唑-3-溴化物（BZTHC），该染料以4-羟基苯甲醛为供体，苯并噻唑盐为受体。通过UV-Vis光谱观察到氨诱导的分子内电荷转移（ICT）效应，结合密度泛函理论（DFT）计算揭示了供体-π-受体（D-π-A）结构的传感机制。实验证实该传感器对水相氨的检测限达0.263 ppm，较文献报道的钙钛矿传感器（0.46 ppm）灵敏度提升40%。微生物实验显示，染料可实时监测大肠杆菌培养过程中氨浓度变化，相关系数R²

0.98。

关键技术包括：UV-Vis光谱动力学分析、¹
H/¹³
C NMR结构表征、荧光量子产率测定（SAIF完成）以及Gaussian 16软件DFT计算。使用JEOL 400 MHz核磁共振仪和JASCO-V-750分光光度计完成光学性能测试。

【材料与方法】
染料通过碱催化缩合反应合成，经FT-IR确认羟基（-OH）和羧基（-COOH）特征峰。HRMS显示m/z=326.0584处分子离子峰，与理论值偏差<3 ppm。溶剂筛选表明乙腈-水（7:3）体系具有最佳响应。

【结论】
BZTHC首次实现水相氨的比色/荧光双模式检测，其热稳定性（>200°C）和光稳定性（500 W汞灯照射6小时无衰减）超越同类传感器。微生物实验证实其可替代传统平板计数法，为食品腐败预警和工业泄漏监测提供新方案。

该研究发表于《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》，其创新性体现在：1）突破性检测限；2）首例液态氨专用传感器；3）将染料传感与微生物生长动力学关联。未来可拓展至活体氨代谢监测和智能包装领域。