双发射钐(III)-大环席夫碱复合物：高效荧光检测水分子及其溶剂区分新策略

为解决传统水(H2O)检测技术操作繁琐、成本高的问题，浙江理工大学团队设计了一种新型双发射钐(III)-大环席夫碱复合物(Sm-1f)。该复合物通过动态[1+1]大环结构和可逆亚胺键(C=N)实现H2O的特异性荧光猝灭，可定量检测13种溶剂中的水含量，并成功区分H2O/D2O。研究结合智能手机RGB分析技术，为工业生产和环境监测提供了高灵敏度、低成本的水检测方案。

　　

水分子(H₂O)的精准检测一直是工业生产和科学研究中的关键挑战。从涂料品质控制到核磁共振分析，甚至细胞生物学研究，微量水的存在可能引发产品质量下降、化学反应失控等连锁问题。更棘手的是，同位素重水(D₂O)与普通水近乎相同的物化性质，使得二者的区分成为分析化学领域的"圣杯"。传统检测方法如卡尔费休滴定法虽经典却操作复杂，而高端仪器分析又面临成本壁垒。在这一背景下，荧光传感技术因其高灵敏度、操作简便等特点崭露头角，但现有探针在选择性、稳定性方面仍存在明显局限。

浙江理工大学的研究团队在《Polyhedron》发表的研究中，创新性地将目光投向了镧系元素钐(Sm)的特殊发光性质。他们设计合成了一种23元大环席夫碱复合物Sm-1_f，其核心创新在于将钐离子(Sm³⁺)封装在动态[1+1]大环结构中，形成独特的"套索"构型。这种设计不仅通过"天线效应"增强钐离子的特征发射，更利用大环中两个可逆亚胺键(C=N)作为水分子响应的"分子开关"。当水分子攻击亚胺键时，会导致大环结构的解离，进而阻断能量传递通路，产生显著的荧光猝灭现象。

研究团队采用模板导向自组装策略合成Sm-1_f，通过单晶X射线衍射、核磁共振和质谱等技术确认结构。荧光光谱分析揭示其在643 nm处的特征发射对水分子具有特异性响应，检测限低至0.03%。研究创新性地采用主成分分析(PCA)和层次聚类分析(HCA)对双通道荧光数据进行统计建模，实现了11种溶剂的高通量区分，特别是成功辨别H₂O/D₂O这对"孪生"溶剂。更引人注目的是，团队开发了基于智能手机的RGB分析平台，通过颜色识别即可实现水含量的半定量检测，为现场快速检测提供了实用化方案。

在"合成与结构表征"部分，研究证实Sm-1_f由Sm³⁺、去质子化大环配体(HL1_f^-)和两个硝酸根组成。单晶结构显示Sm³⁺处于扭曲的双帽四方棱柱配位环境中，这种特殊几何构型为其双发射特性奠定基础。"溶剂响应性能"研究表明，该复合物在13种常见溶剂中仅对H₂O表现出显著荧光猝灭，响应时间短至30秒。通过构建双通道荧光比值(I₆₄₃/I₅₈₀)，实现了甲醇中0-100%水含量的线性检测。"机理研究"部分通过质谱和核磁追踪证实，水分子诱导的亚胺键断裂是荧光猝灭的关键，这一过程破坏了大环配体向Sm³⁺的能量传递。"智能手机检测"验证了该体系在真实样品分析中的实用性，仅需手机拍照即可实现0.5%的水含量检测。

这项研究的意义不仅在于开发了一个高性能的水检测探针，更开拓了镧系发光材料在多元分析中的应用前景。其创新点主要体现在三方面：首次将动态大环结构与镧系发光相结合，构建了具有"自校验"功能的双发射体系；通过统计分析方法实现了溶剂指纹识别，突破了传统探针对单一靶标的局限；开发的智能手机检测方案极大降低了技术门槛。这些突破为工业过程监控、环境水质分析乃至生物体内水分子示踪提供了新思路，特别是对核工业中重水纯化监测具有特殊价值。正如通讯作者Kun Zhang强调的，这项工作"不仅拓展了发光镧系材料的应用边界，更为多分析物检测提供了范式转换"。