基于吡唑的比色化学传感器，用于快速且选择性地在肉眼可见的情况下检测Hg2+离子

《Inorganic Chemistry Communications》：Pyrazole-based colorimetric Chemosensors for rapid and selective naked-eye detection of Hg2+ ions

　　

• •
  基于吡唑的探针（PY-07 & PY-08）可作为Hg²⁺离子的比色化学传感器。
• •
  这些探针对Hg²⁺离子表现出极强的灵敏度，检测限分别为3.6×10^?8?M（PY-07）和2.5×10^?8?M（PY-08）。
• •
  结合研究表明，PY-07与Hg²⁺形成1:1的复合物，而PY-08则形成2:1的复合物。
• •
  使用这些探针进行的测试是可逆的，并且可以用EDTA再生。
• •
  已开发出试纸条和测试颗粒，用于分析实际水样。

引言

汞由于其高毒性、环境持久性以及在生物体内的积累能力，被认为是危害最大的重金属污染物之一[1]。它通过采矿、燃煤和工业废物处理等过程排放。在水环境中，无机汞可以转化为甲基汞，后者具有极强的毒性，并会在食物链中积累[2]。即使是最微量的汞暴露也会导致严重的神经系统、肾脏和发育问题，这突显了有效检测的必要性[3][4]。因此，开发可靠、灵敏且快速的Hg²⁺离子检测技术已成为分析化学和环境化学的关键优先事项[5]。虽然许多技术已被开发出来用于检测汞离子，但这些方法也存在显著的缺点，包括高昂的操作成本和对复杂仪器的要求[6][7]。这些限制阻碍了它们在实时和现场监测中的应用。

近年来，由于化学传感器具有简单、响应迅速和高选择性[8][9]，它们已成为有价值的替代方案。比色化学传感器尤其吸引人，因为它们可以通过颜色变化直接进行视觉检测，无需复杂的仪器。这使它们非常适合实际应用，如环境监测和现场分析。在设计多功能化学传感器时，功能性基团（如-NH和-OH基团）通过配位、脱质子化或分子内电荷转移（ICT）等机制起着重要作用。特别是，基于吡唑的化合物由于其多样化的配位化学和结构可调性，在化学传感器设计中受到了广泛关注。吡唑是一种含有两个相邻氮原子的杂芳族五元环。吡唑环中的氮供体原子有助于与金属离子形成强结合[10][11][12]。在之前的一项研究中，人们调查了一种基于吡唑的化学传感器对Hg²⁺离子的荧光响应，重点研究了NH-吡唑单元的金属-氮结合特性[13]。Mohammadi及其团队研究了吡唑- Chromeno[2,3-d]pyrimidine对Hg²⁺离子的检测能力[14]。还报告了在半水介质中对汞离子的选择性比色检测[15]。一种新的基于芘-吡唑的旋转异构体也被报道为Hg²⁺离子的化学传感器[16]。此外，还有新的荧光探针利用含有吡唑的卟啉来检测Zn²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺[17]。另外，一种独特的涉及吡啶-吡唑基配体的技术可以封装有毒重金属离子（如Pb²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺），形成独特的金属有机凝胶（MOGs）[18]。

在本研究中，我们使用简单的吡唑合成了两种基于吡唑的探针PY-07和PY-08。这两种探针都通过明显的颜色变化选择性地检测Hg²⁺离子：PY-07从黄色变为品红色，而PY-08从黄色变为橙色。PY-07和PY-08均作为Hg²⁺离子的比色化学传感器，且两者都展示了较低的检测限。

章节片段

方法和材料

5-(4-氯苯基)呋喃-2-醛和4-(二苯氨基)苯甲醛是从TCI Chemicals购买的商业产品，使用前无需额外纯化。研究中使用的所有溶剂均为分析级，无需额外处理。反应进度通过薄层色谱（TLC）监测。¹H、¹³C NMR和2D NMR谱是在Bruker Avance 400 MHz或JEOL JNM-ECZL400S光谱仪上使用DMSO-d?作为氘代溶剂在室温下获得的。

溶剂变色效应——不同溶剂中的吸收光谱

对合成的探针PY-07和PY-08进行了溶剂变色效应研究，以考察从非极性到极性溶剂的效应。该研究使用UV–vis光谱法进行；两种探针的浓度均为1×10^?5?M；见图1(a)和(b)。使用的溶剂依次为己烷、二乙醚、二氯甲烷、THF、1,4-二氧杂环己烷、乙醇、乙腈、N, N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）。

结论

两种新型吡唑衍生物探针（PY-07和PY-08）的合成可作为汞（Hg²⁺）金属离子的比色传感器。当暴露于Hg²⁺离子时，探针的颜色会发生变化：PY-07从黄色变为品红色，PY-08从黄色变为橙色，从而便于视觉检测。这些颜色变化对应于UV–Vis吸收从450?nm shift至527?nm（PY-07）和397?nm shift至481?nm（PY-08）。探针PY-07检测Hg²⁺的检测限为3.6×10^?8?M。

CRediT作者贡献声明

U. Mithra：撰写——原始草稿，形式分析，数据管理。S. Sarveswari：撰写——审阅与编辑，验证，研究，概念化。V. Vijayakumar：撰写——审阅与编辑，监督，资源管理，项目协调，资金获取，概念化。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

Mithra U出生于印度泰米尔纳德邦，2022年获得化学学士学位和硕士学位。出于对科学研究和分子设计的浓厚兴趣，她在Vellore Institute of Technology（VIT）在化学系教授S. Sarveswari的指导下攻读博士。她的研究重点是设计和合成基于吡唑的衍生物及其作为比色化学传感器的应用，用于选择性检测有毒物质。

U. Mithra|S. Sarveswari|V. Vijayakumar