Hydrazin (n2H4) er en meget giftig organisk amin, der spontant kan antænde eller eksplodere, når de udsættes for stærke oxidanter, luft eller høje temperaturer. Det er klassificeret som et klasse B2 farligt stof af det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur, Verdenssundhedsorganisationen og det internationale agentur for forskning i kræft, som understreger de betydelige risici, det udgør, og fremhæver behovet for effektive detektionsmetoder.
Fluorescens tændesprober, der bruger den begejstrede-state intramolekylære protonoverførsel (ESIPT) -mekanisme, giver høj følsomhed og reducerer baggrundsinterferens, hvilket gør dem meget nyttige til at detektere farlige stoffer. Imidlertid kæmper de nuværende design med specificitet for lignende målanalyser, og der er en mangel på forskning i, hvordan ændring af sondernes substituenter påvirker deres sensorydelse. Derfor forbliver forbedring af ESIPT-baserede sonder ved at justere egenskaberne ved substituenter en kritisk udfordring.
For at tackle dette spørgsmål har et forskerteam ledet af professor Dou Xincun fra Xinjiang Technical Institute of Physics and Chemistry of the Chinese Academy of Sciences udviklet en designstrategi for en nul-baggrundsfluorescensprobe, der sigter mod at forbedre den ultrasensitive og specifikke detektion af hydrazin.
Deres fund, der blev offentliggjort i Analytisk kemifokus på at indstille den elektron-acceptive evne på para-substituenten inden for genkendelsesstedet såvel som den relative placering af protondonoren og genkendelsesstedet for at forbedre sondens reaktivitet over for N2H4 og forbedre udløsningen af ESIPT -processen.
I denne undersøgelse designet forskerne en række nul-background fluorescerende sonder (inklusive M-BR-OH-BDMN, M-CH3-OH-BDMN, OH-BDMN, BR-BDMN og P-BR-OH-BDMN) med dicyanoethylen, der tjener som genkendelsessted. De regulerede den elektron-acceptende evne til para-substituenten (-br> -h> -ch3) på dicyanoethylen og placering (para eller ortho) af protondonoren (-OH) i forhold til dicyanoethylen.
Forskerne fandt, at en stærkere elektronacceptkapacitet væsentligt forbedrer reaktiviteten på genkendelsesstedet. Sonden reagerede kun med n2H4 At fremstille en hydrazon, når hydroxylgruppen blev placeret ortho til genkendelsesstedet, som derefter udløste ESIPT-processen, hvilket resulterede i blågrøn fluorescensemission.
Proben M-BR-OH-BDMN, der har brom som den elektron-acceptende gruppe, demonstrerede fremragende detektionsydelse for N2H4med en lav detektionsgrænse (LOD) på 0,46 nm (14,72 ng/L), en hurtig responstid på 1 sekund og overlegen selektivitet, selv i nærvær af 18 andre forstyrrende stoffer, herunder strukturelle analoger af primære aminer.
Derudover foreslog forskerne en siliciumbaseret porøs sensing-materialesignstrategi for effektivt at adsorbere og koncentrere målstoffer og derved forbedre molekylær kollisionseffektivitet. Denne strategi adskiller effektivt n2H4 Fra ethylendiaminopløsninger og dampe inden for 5 sekunder uden interferens fra andre flygtige dampe. Denne ikke-fluorescerende sonde-designstrategi giver ny indsigt til den rationelle design af funktionelle sonder og højtydende sensingmetoder.