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【化学品与环境专栏】汞离子荧光探针的研究进展
引用本文:张人杰,史纪福,王雪,等.汞离子荧光探针的研究进展[J]. 化学试剂,2022,44(9): 1325-1333
DOI10.13822/j.cnki.hxsj.2022.0309 

投稿网址:https://hxsj.cbpt.cnki.net/


文章亮点




1.以汞离子的检测机理为出发点,分别从设计原理、选择性、灵敏度和实用性角度综述;

2.介绍了近年来有机小分子探针的设计策略;
     3.重点介绍了基于功能高分子荧光材料检测汞离子的研究策略及进展。


图文介绍


1

基于有机小分子的汞离子荧光探针

1.1  配位型小分子荧光探针
配位型小分子荧光探针具有检测速度快的优势。汞离子可以与探针中的杂原子(NOS等原子)快速配位,形成汞的配合物(见图1)。基于配位或化学键合作用生成Hg—N键、Hg—O键、Hg—S键等,改变了杂原子与荧光基团间的电子传递方式,从而调控荧光变化,实现汞离子的快速检测。

1  A.配位型汞离子荧光探针;B.配位型汞离子探针作用机制示例

Fig.1 A. Coordination-based mercury ion fluorescent probe; B. Example of chelated mechanism of coordination-based mercury ion fluorescent probe

1.2 反应型小分子荧光探针

相较于配位型汞离子探针,反应型探针能够高选择性检测汞离子。根据其反应类型,将其归纳为:羟汞化反应(图2a)、硫代缩醛/酮脱保护反应(图2b)、脱硫反应(图2 c2f)等类型。

2  反应型汞离子荧光探针

Fig. 2  Reaction-based mercury ion fluorescent probe

1.3  配位-反应结合型小分子荧光探针

该类型探针识别汞离子过程中,既具有配位作用,又伴随着反应。如图3所示,探针21在汞离子的存在下,首先是诱导了五元螺环的开环,随即与硫原子、氮原子、苯环发生配位作用,形成汞离子配合物,引起光学性能改变,达到识别效果[28]

2

高分子荧光材料


近年来,材料科学的发展为分析测试领域开发和应用提供新的策略,科学家们将注意力转向开发新型功能高分子荧光材料。高分子荧光材料骨架中存在多个识别位点,相对于小分子荧光探针表现出更好的选择性和结合能力。

2.1 反应型功能高分子荧光材料

新型高分子荧光材料的设计与开发意义重大,其中反应型功能高分子荧光材料制备简单,可修饰多个响应位点且选择性高,在Hg2+的检测方面具有充分的优势。

2.2 配位型功能高分子荧光材料

配位型高分子荧光材料与汞离子发生配位作用,通过荧光性能的改变实现检测,响应速度快,具有较高的检测性能。

3

总结与展望

本文以汞离子的检测机理为重点研究对象,介绍了相关的有机小分子荧光探针及功能高分子荧光材料。并将其检测策略归纳为配位型、反应型及两者结合型3类。其中配位型小分子荧光探针具有检测速度快的特点。探针中的杂原子(NOS等)与汞离子发生配位作用,基于配位或化学键合作用生成Hg—N键、Hg—O键、Hg—S键等相应的配合物,改变了杂原子与荧光基团之间的电子传递方式,从而调控荧光变化实现汞离子的识别检测。相较于配位型汞离子荧光探针,反应型汞离子荧光探针选择性更高,通过羟汞化反应、硫代缩醛/酮脱保护反应或脱硫反应等机理,实现汞离子的专一性检测。