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测量甲醛含量,检测设备中的聚合物探针对比普通探针有何优势

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近年来,随着人们对低浓度甲醛潜在危害的关注增加,甲醛检测技术的发展备受瞩目。在众多检测设备中,聚合物探针凭借其独特的构成成分和检测原理脱颖而出。聚合物探针,一种特殊分子探针,由高分子材料构成,能将与甲醛分子之间的相互作用转化为可读取的信号,从而实现对甲醛物质的高效检测。

测量甲醛含量,检测设备中的聚合物探针对比普通探针有何优势

科学家们通过不断探索,发现了多种聚合物探针的应用方法,其中荧光成像技术成为了甲醛检测中的一项关键方法。在这一技术中,荧光探针的氨基基团与甲醛的羰基反应,引发了比色变化,从而实现了对甲醛的敏感检测。荧光探针的选择性反应通常分为两类:一是通过探针的初级胺与甲醛反应形成甲酰胺型中间体,包括不同的反应类型,例如2-aza-Cope重排和探针的β-消除反应、席夫碱探针以及芳香族肼;二是通过甲醛和o-二胺探针之间的反应形成胺烷基。这些反应机制使荧光探针能够以不同的方式感知甲醛,如光致电子转移、螺旋环化反应、分子内电荷转移等,进而提高了检测的准确性和选择性。

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在这一领域的研究中,2-aza-Cope重排反应是一种被广泛应用于检测FA的方法。当带有荧光探针的同型联烯基与甲醛反应时,就会触发2-aza-Cope sigmatropic重排反应,生成荧光产物。首次应用这一方法检测甲醛的研究中,研究人员利用硅罗东朱洛啉的荧光探针成功地在神经屏障和活体HEK293TN细胞中检测到FA。在磷酸盐缓冲溶液中,该方法的检测限达到了0.01 mM。此外,聚集诱导发光(AIE)荧光团合成的固态传感器也可用于检测FA,具有高选择性和灵敏度,检测限为0.036 mg/m³。此外,一种比率荧光FA传感器由6-羟基萘色团组成,具有在不同荧光波长下的响应,可以用于检测FA并在HeLa细胞中实现成像。

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席夫碱是另一种常用于甲醛检测的探针。这种化合物可以通过胺和醛的简单缩合反应制备,产率很高。席夫碱因其强大的配位能力而被广泛应用于检测金属离子和有机分子。首次利用席夫碱选择性地检测FA的研究中,研究人员使用二氟硼二吡咯甲烷(BODIPY)的探针,该探针在与FA反应后产生荧光信号,检测限为165 nM。后续研究还发展了由苯并噻唑和苯并氧唑单元组成的荧光探针,其检测限分别为2和29 µM,能够在短时间内快速检测FA。此外,利用探针制备的测试条可以裸眼检测FA,并在细胞中成功检测到FA的存在。

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此外,肼基荧光探针也被广泛应用于选择性检测草酸。肼基团具有强大的亲核性,对草酸表现出高反应性,形成活性亚甲基肼。在检测FA时,肼基荧光探针的荧光强度显著增加,因为PET过程受到抑制。这些探针在检测草酸时表现出高选择性,对其他有机化合物的响应较低。其中一种基于罗丹明B的荧光探针可以通过肉眼检测到颜色变化,检测限为7.7×10⁻⁷ M。

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此外,氨缩基团是一种有机化合物,具有双胺基团连接在同一个碳原子上的特点。当草酸与氨缩基团反应时,会生成亚胺中间体,进而产生强荧光的咪唑产物。一种基于罗丹明B的荧光探针被开发用于检测多种醛,其检测限为3.5 mM。该探针还能够高度选择性地标记表面醛表现出唾液酸蛋白质。

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为了克服小分子探针的溶解度问题,许多有机聚合物探针已被用于检测甲醛。这些聚合物探针具有良好的水溶性、高生物相容性、低检测限和快速感应能力。例如,一种利用石墨烯表面与甲醛蒸汽相互作用的聚合物传感器能够在0.05和5.0 ppm浓度范围内精确检测甲醛蒸汽,其检测限为10 ppb。另一种由聚乙烯亚胺/聚苯胺(PEI/PANi)复合薄膜制备的探针对室内空气中的甲醛表现出高灵敏度,对其他挥发性有机化合物的响应较低,是一种良好的甲醛检测器。

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综上所述,不同类型的小分子和聚合物探针已经被开发用于甲醛的敏感和选择性检测,为我们更好地监测和减轻甲醛在日常生活中的潜在危害提供了有力的工具。尤其是聚合物探针的发展,为克服小分子探针存在的问题,如水溶性差、检测限高和曝露时间长,提供了潜在的解决方案。然而,仍需要进一步研究,以开发工业规模的合成方法,以检测和减轻甲醛在日常生活中的危害影响。

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