席夫碱双模式化学传感器N-HyNA的合成及其在水样铝离子(Al3+)光学检测中的应用研究

针对水体铝污染监测需求，研究人员开发了新型席夫碱分子N-HyNA作为双模式光学传感器，通过紫外吸收（LOD 0.005 ppm）和荧光淬灭（LOD 0.013 ppm）技术实现Al3+的高灵敏检测，与原子吸收光谱法一致性良好（回收率84.0-114.0%），为环境监测提供了简便高效的解决方案。

　　

铝作为地壳中含量最丰富的金属元素，已广泛应用于食品包装、建筑材料等工业领域。然而随着其在环境中的持续累积，铝离子(Al³⁺)通过生物链富集可能引发神经退行性疾病和骨骼病变，世界卫生组织规定饮用水中铝含量不得超过0.2 ppm。传统原子吸收光谱法虽准确但设备昂贵、前处理复杂，亟需开发简便、经济的现场检测技术。

针对这一需求，研究人员合成新型席夫碱(Schiff base)化合物N-(2-羟基-1-萘亚甲基)-邻氨基苯乙酮(N-HyNA)，通过核磁共振、质谱确认结构后，系统研究了其光学特性与Al³⁺的相互作用机制。该化合物在DMSO溶剂中最大吸收峰465.0 nm，乙醇中荧光发射峰357.0 nm（激发波长278.0 nm）。实验发现Al³⁺可特异性淬灭N-HyNA的光学信号，通过Job's plot和密度泛函理论(DFT)计算证实了1:1结合模式，其中Al³⁺优先与亚胺氮和萘酚氧原子配位。

关键技术包括：1）溶剂优化筛选（DMSO用于吸收检测，EtOH用于荧光检测）；2）采用标准加入法验证实际水样检测可靠性；3）通过Stern-Volmer方程分析淬灭常数；4）使用Gaussian 09软件进行分子构型模拟。

【吸收光谱检测性能】
在pH 7.0的HEPES缓冲体系中，N-HyNA对Al³⁺的检测线性范围为0.01-2.0 ppm，检出限达0.005 ppm，显著优于WHO标准要求。干扰实验显示常见金属离子（如Fe³⁺、Cu²⁺）在10倍浓度下仍无显著干扰。

【荧光检测性能】
乙醇体系中荧光强度与Al³⁺浓度在0.05-0.40 ppm范围内呈线性关系，淬灭效率达82%。时间分辨荧光显示静态淬灭占主导，结合常数K_a为3.2×10⁴ M^-1。

【实际应用验证】
对河水、自来水等6种实际样品的检测结果与原子吸收光谱法相对偏差<8.5%，加标回收率84.0-114.0%。特别值得注意的是，该方法成功检出某水库水样中0.12 ppm的铝污染，该样本经ICP-MS验证浓度为0.13 ppm。

该研究创新性地开发了兼具高选择性（识别Al³⁺的硬酸特性）和双模式检测优势的化学传感器，其纸基检测试纸的研发将进一步推动现场监测应用。理论计算揭示了分子内电荷转移(ICT)机制导致的荧光淬灭现象，为设计新型Al³⁺探针提供了重要参考。这项发表于《Sensors International》的成果，为环境重金属污染防控和健康风险评估提供了可靠的技术支撑。