原作者：聊城大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 段文增，本賬號(hào)獲授權(quán)代為發(fā)布。

朋友們，自然界中很多氣體對(duì)我們?nèi)祟?lèi)是有害的，如工業(yè)廢氣中的氯化氫、二氧化硫和甲醛氣體等，人們一旦吸入或者皮膚接觸它們都將產(chǎn)生嚴(yán)重的中毒反應(yīng)。而且這些無(wú)色的氣體一旦釋放，將迅速擴(kuò)散，導(dǎo)致嚴(yán)重的中毒現(xiàn)象，因此發(fā)展一個(gè)便利的快速的檢測(cè)環(huán)境中毒害氣體的方法非常重要。迄今為止，有一些傳統(tǒng)的檢測(cè)檢測(cè)大氣中毒害氣體的方法，如色譜法、共振拉曼散射、基于金屬氧化物半導(dǎo)體的電化學(xué)方法等。這些方法一般都要用到價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜的大型儀器，而且使用這些儀器還存在穩(wěn)定性差和靈敏度低等缺點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單的、高靈敏度和重復(fù)性毒害氣體檢測(cè)技術(shù)是科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)。

設(shè)計(jì)制備一些功能有機(jī)材料中的熒光傳感分子用于做成試紙條來(lái)檢測(cè)毒害氣體將提供一種簡(jiǎn)單的，靈敏的，易操作和可重復(fù)使用的方法。在傳感分子中，具有分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移的供體—受體化合物，因具有大的Stokes位移和易于調(diào)節(jié)發(fā)射的受到了廣泛的關(guān)注。在此基礎(chǔ)上，我們結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室研究的[2.2]環(huán)仿分子（圖1）優(yōu)異的剛性結(jié)構(gòu)和富電子特征設(shè)計(jì)并制備了具有不同取代基的四種吡喃酮熒光探針，該熒光探針可用于檢測(cè)溶液pH值、溶液極性、液體黏度和毒害氣體等。

圖1. 功能熒光分子的結(jié)構(gòu)

首先，該類(lèi)熒光分子可用于檢測(cè)四氫呋喃、二氧六環(huán)和丙酮中的痕量水，對(duì)痕量水測(cè)定不僅能定量還可以在紫外燈下通過(guò)肉眼觀察，其檢測(cè)靈敏度為1.39-8.75 ppm，是目前報(bào)道的靈敏度最高的熒光化合物。

圖2 對(duì)痕量水，pH值和毒害氣體檢測(cè)譜圖。

該類(lèi)熒光分子做成試紙條后可以直接捕獲和檢測(cè)常見(jiàn)毒害氣體中的三氟乙酸、氯化氫、甲酸、二氧化硫和甲醛氣體。且檢測(cè)情況分為兩種，一種為開(kāi)始無(wú)熒光，遇到毒害氣體會(huì)產(chǎn)生熒光，遇到堿性氣體會(huì)熒光消失，且該試紙可以循環(huán)使用10次，循環(huán)過(guò)程熒光強(qiáng)度幾乎沒(méi)有變化。另一種為開(kāi)始是黃色熒光，遇到毒害氣體會(huì)變成紅色熒光，遇到堿性氣體會(huì)重新變成黃色熒光，而且該試紙可以循環(huán)使用10次，熒光強(qiáng)度和熒光顏色幾乎沒(méi)有變化。同時(shí)我們也對(duì)該類(lèi)探針識(shí)別機(jī)制進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)式中的羰基易與活潑氫相互作用，從而產(chǎn)生不同的熒光變化。

圖3 R = H時(shí)，試紙條對(duì)毒害氣體的熒光變化

圖4 R = N(CH3)2時(shí)，試紙條對(duì)毒害氣體的熒光變化

該類(lèi)試紙條不僅可以檢測(cè)毒害氣體，而且因其遇到氣體后在固態(tài)中不同的熒光特性可用于數(shù)據(jù)加密解密和防偽材料領(lǐng)域。如圖5，圖a中，在測(cè)試條上寫(xiě)上“LCU”，開(kāi)始肉眼檢測(cè)不到到“LCU”，而用三氟乙酸蒸汽熏蒸后日光下觀察紙出現(xiàn)黃色“LCU”，紫外線觀察到強(qiáng)黃色 “LCU”。這就相當(dāng)于數(shù)據(jù)堿性環(huán)境下可進(jìn)行加密和酸性條件下可進(jìn)行解密。圖b中，肉眼檢測(cè)“LCU”在日光下為淡黃色，紫外燈下為綠色，三氟乙酸熏蒸處理后，日光下變?yōu)槌壬贤鉄粝聻樯罴t色。用NH3蒸汽熏蒸后，“LCU”的顏色均可恢復(fù)。這可用于防偽材料。此外，該類(lèi)試紙條均可循環(huán)使用10次，試紙上的“LCU”的存儲(chǔ)時(shí)間均可超過(guò)100天，氟乙酸熏蒸處理后?！癓CU”顯示時(shí)間為3天。因此該類(lèi)化合物做成的試紙條在信息記錄領(lǐng)域具有加密和解密的和防偽方面的應(yīng)用。

圖5**.** 不同的傳感試紙條在日光下和365 nm紫外線照射下用三氟乙酸和氨氣蒸汽熏蒸后的照片。

綜上所述，我們小組的研究工作主要專(zhuān)注于圖1中[2.2]環(huán)仿類(lèi)功能熒光材料的設(shè)計(jì)和合成，用于解決科研和實(shí)際問(wèn)題。如設(shè)計(jì)的[2.2]環(huán)仿類(lèi)羅丹明熒光分子可應(yīng)用于細(xì)胞內(nèi)汞離子熒光成像檢測(cè)且得到了對(duì)汞離子的識(shí)別機(jī)制；[2.2]環(huán)仿類(lèi)BODIPY熒光分子具有高分辨和長(zhǎng)時(shí)間活體近紅外二區(qū)成像能力，可用于小鼠淋巴結(jié)成像和熒光手術(shù)導(dǎo)航；面手性BF2熒光分子可應(yīng)用聚集放大CPL信號(hào)，有大Stokes位移，在液體和固體中均有中等強(qiáng)度熒光；軸手性熒光分子可進(jìn)行酸堿氣體和溶液粘度熒光檢測(cè)等，這些說(shuō)明了面手性[2.2]環(huán)仿熒光探針這類(lèi)功能有機(jī)材料可產(chǎn)生多重?zé)晒忭憫?yīng)性能，可提升手性熒光探針的應(yīng)用范圍和降低手性識(shí)別探針的使用成本，促進(jìn)該類(lèi)熒光探針?lè)肿幼R(shí)別的商業(yè)使用，具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。期待更多的同學(xué)加入我們，在功能有機(jī)分子領(lǐng)域進(jìn)行深入研究和探索，取得更加優(yōu)異的成果。

參考文獻(xiàn)：

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導(dǎo)師簡(jiǎn)介

段文增，山東大學(xué)博士，美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)訪問(wèn)學(xué)者，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。主要從事有機(jī)合成化學(xué)，熒光功能有機(jī)材料的制備應(yīng)用等相關(guān)研究工作。承擔(dān)獲批國(guó)家、山東省、聊城市等各級(jí)自然科學(xué)基金項(xiàng)目6項(xiàng)；發(fā)表SCI論文40余篇；申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng)；招生專(zhuān)業(yè)：有機(jī)化學(xué)。