基于AIE荧光水凝胶传感器的三模式比色-荧光-MATLAB分析技术实现酸碱性气体的高灵敏检测

针对酸性/碱性气体检测灵敏度不足的技术瓶颈，东莞理工学院团队创新开发了InTPAPy-SA/HA荧光水凝胶传感器，通过AIE效应实现30秒内可视化响应，结合MATLAB图像分析建立HSV量化模型，对HCl/NH3检测限达0.13-1.0 ppb，为环境健康监测提供新型现场检测平台。

　　

在环境监测和职业健康领域，无色无味的酸性气体（如HCl）和碱性气体（如NH₃）犹如隐形杀手，长期暴露可导致呼吸道粘膜损伤甚至急性呼吸窘迫综合征（ARDS）。传统电化学传感器虽广泛应用，却受限于选择性差和聚集导致荧光淬灭（ACQ）效应。更棘手的是，现有检测技术难以兼顾快速响应、高灵敏度和现场可视化需求——这正是东莞理工学院张晶团队在《Sensors and Actuators B: Chemical》发表突破性研究的出发点。

研究团队巧妙融合聚集诱导发光（Aggregation-Induced Emission, AIE）技术与智能图像分析，设计出革命性的InTPAPy-SA/HA三模式传感器。通过将新型AIE荧光探针InTPAPy（含吡啶环的三苯胺衍生物）嵌入海藻酸钠/透明质酸钠（SA/HA）水凝胶基质，配合智能手机采集和MATLAB图像处理算法，首次实现酸碱性气体的"肉眼可见"定量检测。关键技术包括：AIE分子设计合成、水凝胶载体制备、HSV色彩空间建模，以及密度泛函理论（DFT）验证响应机制。

【Probe design, colorimetric, and AIE properties】章节揭示分子设计奥秘：在4-(双(4-(吡啶-4-基)苯基)氨基)苯甲醛骨架引入吲哚碘化物荧光团，通过H⁺/OH^-触发分子内电荷转移（ICT）产生显著颜色变化。DFT计算证实，质子化使最高占据分子轨道（HOMO）能级提升0.38 eV，导致吸收红移。

【Experimental section】展示传感器超凡性能：对HCl和NH₃的响应时间分别缩短至30秒和10秒，检测限突破至0.13 ppb（HCl）和1.0 ppb（NH₃）。水凝胶的溶胀特性使气体分子快速渗透，而AIE效应克服传统ACQ问题，荧光量子产率提升5.7倍。

【Conclusion】部分强调三重创新：首创AIE水凝胶气敏平台、开发MATLAB辅助的HSV量化模型、阐明吲哚盐质子化响应机制。该技术为化工厂、实验室等场景提供便携式监测方案，其0.13 ppb检测灵敏度较现有技术提升2个数量级。

这项研究不仅为环境毒理学监测树立新标准，更开创性地将智能手机图像分析引入专业检测领域。正如通讯作者Zhe Jiao指出，该平台可扩展至其他危险气体检测，其模块化设计理念为下一代智能传感器开发指明方向。国家自然科学基金等机构资助的这项成果，标志着我国在功能材料与环境监测交叉领域取得重要突破。