背景介绍
近年来，抗生素的滥用导致其成为水环境中的首要有机污染物，其引发的后果是一个贯穿生态环境、公众健康与医疗体系的连锁反应，且危害程度随时间推移不断加剧。传统的抗生素检测方法有很多，但具有诸多缺点，例如需要复杂的处理过程、较高的时间成本和昂贵的检测设备等，而基于镉配合物的荧光传感器由于具有良好的配位多样性、结构可调性、优异的光物理和光化学性质，因而具有低成本、实时观测、高灵敏度和操作简单等优势，已成为检测抗生素的首选技术之一。
文章亮点
1. 探讨了配合物的结构设计策略以及作用机理。
2. 总结了镉配合物检测抗生素的不足之处；
3. 综述了镉配合物对各类抗生素检测研究进展及面临的挑战。
内容介绍
1 镉配合物结构特性和设计策略
1.1 镉配合物的配位多样性镉配合物结构特性和设计策略
镉离子(Cd2+)的配位数通常为4、5、6、7,甚至更高，几何构型具体取决于配体的空间位阻和电子效应。常见的配位数和几何构型包括：1)四面体构型(4配位)：配体排斥最小，常见于空间位阻较大的配体或阴离子环境(例如:[CdCl4]2-、[Cd(CN)4]2-、[Cd(NH3)4]2+)[23]；2)八面体(6配位)：最稳定的配位数之一，Cd2+离子半径(97 pm)与6配位环境的“离子半径比”(0.414～0.732)匹配(例如:[Cd(NH3)6]2+、[Cd(H2O)6]2+)[24]；3)更高配位数(7/8配位)：需大体积、低电荷配体(如冠醚、羧酸根)，或溶剂分子辅助，减少配体间空间排斥；常见于“高配位需求”的组装反应、多齿配体(如EDTA、大环席夫碱)或MOFs(金属-有机框架)中[25]。
1.2 镉配合物设计策略
镉配合物的设计需结合镉离子的化学性质(如价态、配位偏好等)及目标功能需求，以下是核心设计策略。
1.2.1 配体选择
1.2.2 反应条件调控
2 镉配合物对抗生素的检测研究进展
2.1 四环素类
四环素类抗生素(Tetracyclines)在医疗、农业和食品生产中的广泛应用，对人类社会和生态环境产生了多方面的深远影响，既有积极作用，也存在潜在风险。常见的四环素类抗生素有：四环素(Tetracycline，TC)、多西环素(Doxycycline，DOX)、米诺环素(Minocycline，MINO)、土霉素(Oxytetracycline，OTC)、金霉素(Chlortetracycline，CTC)等。大量研究数据显示,镉配合物在识别四环素类的相关报道数量最多。
2024年，Kang等[26]成功合成一种利用吡唑功能化的四苯基乙烯配体(Py-TPE)和Cd2+组成的新型镉基金属-有机框架[Cd3(Py-TPE)2(H2O)2(NO3)2]n(化合物1)，具有一个新的(3,3,3,6,6,8)连接的拓扑网络，该配合物在水溶液中对TC具有极高的灵敏性和专一的选择性(图3)。
2.2 头孢菌类
2.3 喹诺酮类
2.4 大环内酯类
2.5 硝基呋喃类
硝基呋喃类(Nitrofurans)是一类人工合成的抗菌药物，常见的有呋喃妥因(Nitrofurantoin，NFT)、呋喃唑酮(Furazolidone，FZD)、呋喃西林(Nitrofurazone，NFZ)等。它们曾广泛用于人类医疗、畜牧业和水产养殖，但由于潜在的致癌性和耐药性问题,许多国家已严格限制其使用。
2024年,Wu等[36]合成了一种新的基于d10构型的Cd(Ⅱ)配位聚合物[Cd2(CH3-COO)2(bimb)2]·2ClO4(化合物17)，用于光降解抗生素，特别是对NFT具有较低的检测限和较高的降解效率。传感实验表明，化合物17可选择性检测硝基呋喃妥因，检测限为0.025 μmol/L，而CP化合物17作为光催化剂时，在20 min的时间跨度内可将NFT光降解高达91.83%。
2023年，Meng等[37]合成了一种新型的基于邻菲罗啉的金属-有机笼[Cd3L3·6MeOH·6H2O](化合物18)。根据单晶X-射线衍射，笼子化合物18表现出罕见的三叶形结构。同时，离散的MOC通过丰富的分子间C—H…O相互作用进一步堆叠成3D多孔超分子结构。此外，通过对水溶液中抗生素的荧光传感探索，实验结果表明，化合物18对硝基呋喃和硝基咪唑类抗生素具有优异的荧光传感能力。化合物18对分析物的传感能力在5个循环中保持不变(图4)。
2.6 硝基咪唑类
硝基咪唑类抗生素是一类重要的抗菌药物，常见的有甲硝唑(Metronidazole，MDZ)、奥硝唑(Ornidazole，ODZ)、地美硝唑(Dimetridazole，DTZ)等，对人类生活产生了广泛影响。近年来镉配合物检测硝基咪唑类的抗生素相对较多。
2025，Zhao等[40]成功地合成了{[Cd(Hade)(btc)0.5(DMF)]·DMF}n(化合物23)。研究发现，即使存在其他类型的抗生素干扰，配合物23也可以选择性区分甲硝唑(MDZ)或地美硝唑(DTZ)。
2025年，Song等[41]在不同的水热合成条件下合成了3个MOFs,[Zn(CIP)(pyterpy)]·2H2O(化合物24)、[Zn3(CIP)3(pyterpy)2] ·1.5H2O (化合物25)和[Cd3(CIP)3(pyterpy)2]n(化合物26)。化合物24在水溶液中选择性检测甲硝唑(MDZ)，化合物25在水溶液中选择性检测奥硝唑(ORN)。化合物26与MET或ORN发生明显的荧光猝灭。这些MOFs还可以以不同的猝灭率检测水溶液中的硝基苯(图5)。
2.7 磺胺类
3 检测抗生素的常见机理
镉配合物检测抗生素的机理主要基于分子识别引发的光物理信号变化，其核心是抗生素与镉配合物之间的相互作用(如配位、能量转移、电子转移等)改变配合物的荧光特性(增强或猝灭)。常见的机理有：1)光诱导电子转移(PET)[45]：抗生素作为电子供体/受体，与配合物结合后引发电子传递，导致配合物的荧光猝灭或增强；2)荧光共振能量转移(FRET)[46]：配合物(供体)与抗生素(受体)的发射/吸收光谱重叠，发生能量转移，导致荧光强度或波长变化；3)静态猝灭与动态猝灭[47]：抗生素与配合物基态结合形成非荧光复合物(例如氢键或配位作用)；4)聚集诱导发光(AIE)[48]：抗生素诱导配合物聚集或解聚，改变荧光行为；5)内滤效应(IFE)[49]：抗生素吸收配合物的激发或发射光，导致表观荧光减弱；6)协同作用(多重机理结合)[50]，例如抗生素同时通过PET和FRET猝灭配合物荧光(图6)。
4 结论
本文综述了镉配合物对各类抗生素检测研究进展。到目前为止，镉配合物对各类抗生素检测研究已经取得了重大进展，但仍面临一些挑战。
首先,对于荧光传感技术测定水中抗生素，其优点是低成本、实时观测、高灵敏度和操作简单；其缺点是镉配合物在生活应用方面检测抗生素还不够灵活，限制了应用范围。因此，有必要进一步探索具有广泛应用价值的镉配合物。首要的挑战的是研究一种低成本，不限定空间，灵敏度高的镉配合物加工品，这种方便携带的加工品才有利于人们在日常生活中应用。为了未来能实现更加便捷的检测，可以采用光信号、颜色信号采集系统，结合其他领域的信号处理手段，实现荧光信号与手机实时互通，真正实现利用上述镉配合物加工品的实时检测。
其次，对于一些常见的抗生素，例如青霉素类，目前能检测青霉素类的镉配合物相对较少。因此，有必要进一步探索可以检测各种抗生素的镉配合物。需结合镉离子的配位特性、荧光基团的选择及对某类抗生素的特异性识别能力，主要是构建能通过配位作用或化学反应与某类结合并产生荧光信号变化的镉配合物。
除此之外，还要考虑水中或食品中其他物质和酸碱度的影响，现有的许多研究都没有将上述因素纳入到探针的设计中，从而造成探针容易受外界影响。在此基础上，还可以进一步开发出一种新型的、能够特异性识别特定抗生素的荧光探针，并将其应用于河流水体中，以检验该方法在实际水体中的应用。
综上所述，研究一种更稳定、更便利、应用场景更多、灵敏度更高的并且可进行实时检测的镉配合物是一项需长期探索的项目。
通讯作者介绍
孙赞
个人简介
博士，副教授，硕士生导师。2017年毕业于南开大学化学学院无机化学专业，获理学博士学位。2021年入选青海省“昆仑英才·创新创业人才”拔尖人才。主要科研方向为功能配合物化学，曾主持或参与国家级、省部级等科研项目多项，以第一作者或通讯作者身份在国内外期刊上发表学术论文二十余篇。
主要研究方向
功能配合物
近五年代表作
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[3] Kaixin Zhang, Jiuzhou Zhao, Zan Sun*. The synthesis, structures, magnetic and sensing properties of four transition metal coordination polymers [J]. Inorganic Chemistry Communications, 2025, 181: 115133.
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[5] 朱浩如, 马新晶, 白成洁, 孙赞. 镉配合物荧光传感检测抗生素的研究进展[J]. 化学试剂, 2025, 47(12):55-64.
