一种基于蒽酮骨架的荧光探针用于肼的双模式荧光 - 比色检测及其在环境分析中的应用

《Journal of Fluorescence》：A Xanthene-Scaffold Fluorescent Probe for Dual-Mode Fluorescence–Colorimetric Detection of Hydrazine and its Application in Environmental Analysis

　　

摘要

肼（N₂H₄）被认为是一种危险物质，对人体健康、生态平衡和粮食安全具有严重的不利影响。针对这一问题，我们提出了一种新型基于蒽酮衍生物的荧光探针HCA-IN，该探针专为高灵敏度和特异性识别N₂H₄而设计。HCA-IN是通过4-（二乙氨基）水杨醛衍生的蒽酮醛与1,3-茚满二酮之间的Knoevenagel缩合反应构建的。在机理上，识别过程依赖于N₂H₄引发的Michael加成反应，随后发生特异性断裂事件，动态改变了分子内电荷转移（ICT）路径，从而引起显著的荧光增强和明显的肉眼可见的颜色变化。在THF/10 mM PBS体系（8:2，v/v；pH 7.0）中，HCA-IN对肼表现出快速响应，在120 s内达到平衡，并呈现出宽广的线性工作范围（1–50 μM），同时具有极低（6.31 nM）的检测限（LOD）。该探针针对常见金属离子、氨基酸、各种胺类和生物小分子表现出优异的 selectivity（选择性）。湖水中的标准加入实验回收率为97.2–106.8%，相对标准偏差低于4.22%，表明具有良好的准确性和重现性。此外，智能手机辅助的RGB分析实现了肼的便携定量检测，ΔRGB与N₂H₄浓度之间表现出优异的线性关系（0–60 μM，R² = 0.99666）。本研究为环境分析中痕量肼检测提供了一种高效便捷的荧光传感平台。

图形摘要

HCA-IN的合成及其用于肼检测的荧光–比色传感机理

肼（N₂H₄）被认为是一种危险物质，对人体健康、生态平衡和粮食安全具有严重的不利影响。针对这一问题，我们提出了一种新型基于蒽酮衍生物的荧光探针HCA-IN，该探针专为高灵敏度和特异性识别N₂H₄而设计。HCA-IN是通过4-（二乙氨基）水杨醛衍生的蒽酮醛与1,3-茚满二酮之间的Knoevenagel缩合反应构建的。在机理上，识别过程依赖于N₂H₄引发的Michael加成反应，随后发生特异性断裂事件，动态改变了分子内电荷转移（ICT）路径，从而引起显著的荧光增强和明显的肉眼可见的颜色变化。在THF/10 mM PBS体系（8:2，v/v；pH 7.0）中，HCA-IN对肼表现出快速响应，在120 s内达到平衡，并呈现出宽广的线性工作范围（1–50 μM），同时具有极低（6.31 nM）的检测限（LOD）。该探针针对常见金属离子、氨基酸、各种胺类和生物小分子表现出优异的选择性。湖水中的标准加入实验回收率为97.2–106.8%，相对标准偏差低于4.22%，表明具有良好的准确性和重现性。此外，智能手机辅助的RGB分析实现了肼的便携定量检测，ΔRGB与N₂H₄浓度之间表现出优异的线性关系（0–60 μM，R² = 0.99666）。本研究为环境分析中痕量肼检测提供了一种高效便捷的荧光传感平台。

图形摘要

HCA-IN的合成及其用于肼检测的荧光–比色传感机理