新疆理化所在比色-荧光双模检测亚硝酸盐方面取得进展

亚硝酸盐是人类生活的重要组成部分，在食品添加剂、混凝土外加剂和土壤氮循环中发挥着重要作用。此外，亚硝酸盐可作为非制式爆炸物中的一种强氧化剂成分，也是常见高能炸药（硝基芳香烃、硝胺和硝酸盐）的主要降解成分之一。因此，微量亚硝酸盐的现场检测与分析对环境保护，公共健康和安全保障具有重要意义。到目前为止，人们实时检测亚硝酸盐主要依赖于操作简单的Griess法，通过肉眼观察磺胺和N-（1-萘基）-乙二胺在亚硝酸盐存在下形成的偶氮染料进行比色分析。然而，在考虑亚硝酸盐检测的稳定性和重复性时，仍有几个问题有待解决：（1）作为重氮化试剂的对位未取代芳香胺在空气中容易氧化为醌亚胺结构导致变性，难以保持长期稳定性；（2）在酸性环境下，具有强氧化性的亚硝酸盐对重氮化反应分子结构的稳定性提出了更高的要求；（3）环境光对基于显色反应的亚硝酸盐定量准确度造成了干扰。这些问题极大地限制了亚硝酸盐分析方法发展，并提出了对高度灵敏、稳定和简便的检测技术的迫切需求。因此，探索一种可靠的设计策略，通过精确调节探针中亚硝酸盐反应位点，在提高偶联反应活性的同时保持探针的稳定性实现超灵敏测定亚硝酸盐，具有重要意义。

针对于此，中国科学院新疆理化技术研究所痕量化学物质感知方向提出了一种通过重氮化偶联反应位点调控香豆素探针实现亚硝酸盐比色-荧光双模高效检测的策略。研究人员设计了一种配备有重氮化和偶联反应位点的香豆素探针，首先，通过调节胺基位点研究了其对香豆素探针重氮化反应活性的影响，并根据不同苯环上位置的平均局域电离能和结合能分析了潜在的偶联反应位点；其次，通过分析产物的偶氮键周二面角、能量分布、跃迁电荷密度和偶极密度，验证了产物分子受激扭转的荧光猝灭机制以及通过基态局域共轭产生颜色的原因。在此基础上，该探针可以实现对亚硝酸盐的高效比色-荧光双模检测（比色和荧光模式下分别具有629 nM和98 nM的检测限，同时在15种常见阴离子和干扰物质下表现出优异的特异性）。此外，尝试了将探针锚定在聚乙烯醇水凝胶基质中构建便携式传感器，实现了实际样品中亚硝酸盐的检测。通过对检测图像色值进一步程序化处理，对液体待测物的半定量分析以及固体待测物的痕迹分析证明了该策略在实际场景中的适用性和可靠性。

a）重氮化偶联反应检测亚硝酸盐的探针调控策略示意图，b）15种常见阴离子和干扰物质下的比色和荧光检测特异性，c）香豆素探针负载的PVA水凝胶传感器，d）水凝胶传感器检测亚硝酸盐固体颗粒示意图

相关研究成果发表于学术期刊Sensors and Actuators B上，中科院新疆理化技术研究所为唯一完成单位，博士生张天实为第一作者，刘媛副研究员和窦新存研究员为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、新疆自治区国际科技合作计划、中国科学院从0到1原始创新及国家高层次人才等项目的资助。

来源：新疆理化所

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.133261