基于1,8-萘酰亚胺/1,2,4-三唑共轭物的高灵敏度自再生固态比率型探针用于氨及挥发性胺的裸眼检测

研究人员针对食品与环境安全中挥发性有机胺（尤其是氨气）实时检测的难题，设计合成两种新型1,8-萘酰亚胺/1,2,4-三唑共轭物（ICT探针）。该探针通过C-4氮原子的高酸性实现溶液/固态下的快速去质子化，形成非荧光阴离子后可在中性环境中自发再生，无需额外酸化。研究证实其作为自再生固态比率型探针在氨气及低分子量生物胺的比色/荧光检测中具有高灵敏度与可逆性，为环境毒性气体监测提供便携式解决方案。

　　

在当今社会，氨气和挥发性有机胺的监测已成为食品安全、环境健康和公共卫生领域的重大挑战。这些化合物广泛存在于农业活动、工业排放和食品腐败过程中，过量暴露会导致从呼吸道疾病到代谢紊乱等一系列健康问题。然而，传统检测方法如气相色谱或电化学传感往往需要复杂的前处理步骤和昂贵设备，难以实现实时现场监测。尽管荧光探针因其高灵敏度、快速响应和低成本优势被寄予厚望，但绝大多数有机荧光团仅在稀溶液中有效，固态下因聚集淬灭效应（ACQ）而失效。如何将分子传感原理从溶液拓展至固态，成为解决这一瓶颈的关键科学问题。

针对这一挑战，保加利亚“BiOrgaMCT”有机功能材料实验室的Ventsislav V. Bakov、Nikolai I. Georgiev等研究者创新性地设计了两类基于1,8-萘酰亚胺（NI）骨架的分子探针。通过在其C-4位引入1,2,4-三唑受体单元，构建了具有异常高氮原子酸性的“荧光团-受体”体系（NI-TZ）。这种独特结构使探针在固态（薄膜、试纸）中仍能对氨气等碱性蒸气产生显著响应，并通过分子内电荷转移（ICT）机制实现比率型信号输出。相关成果发表在《Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry》上，为开发新一代便携式环境传感器提供了重要理论和技术支撑。

关键技术方法
研究团队采用4-氯-1,8-萘酐与氨基三唑衍生物缩合合成目标化合物，通过核磁共振（¹H/¹³C NMR）和质谱（HRMS）确认结构。光物理性质通过紫外-可见吸收光谱和荧光光谱表征，固态检测采用试纸条和薄膜形式暴露于胺蒸气，利用CIE色度坐标和荧光寿命成像（FLIM）量化响应。酸碱响应机制通过密度泛函理论（DFT）计算验证。

研究结果

设计合成
化合物2（3-氨基-1,2,4-三唑修饰）和3（4-氨基-1,2,4-三唑修饰）的合成收率达75%以上。DFT计算显示C-4氮原子pK_a显著低于传统4-氨基-NI衍生物，证实其高酸性源于三唑环的吸电子效应与NI骨架的协同作用。

光物理特性
溶液状态下，2和3在430-450 nm处呈现典型NI的ICT吸收带，荧光量子产率（Φ_F）达0.45-0.52。去质子化后吸收红移60 nm，荧光淬灭效率>95%。固态薄膜中仍保持高对比度（Δλ_em=70 nm），克服ACQ效应。

胺响应性能
试纸条暴露于50 ppm氨气时，3的CIE坐标从(0.25,0.35)移至(0.40,0.45)，裸眼可见黄色→橙色变化。检测限低至1.2 ppm（NH₃），响应时间<30秒。中性环境下30分钟内完全再生，循环使用10次后信号衰减<5%。

机制解析
X射线光电子能谱（XPS）证实胺蒸气诱导C-4氮去质子化，形成非荧光阴离子。理论计算揭示去质子化后最高占据分子轨道（HOMO）能级下降1.8 eV，阻断ICT过程导致荧光关闭。

结论与意义
该研究首次实现了1,8-萘酰亚胺衍生物在固态下的自再生胺传感，其创新性体现在：（1）通过三唑修饰调控C-4氮酸性，突破传统NI探针仅限溶液应用的局限；（2）利用ICT机制实现比率型信号输出，兼具裸眼识别与定量分析能力；（3）中性环境自发再生特性大幅降低使用成本。这项成果不仅为环境毒性气体监测提供了新型材料平台，更为发展便携式传感器件奠定了理论基础，对推动食品安全和公共卫生防护技术进步具有重要实践价值。