【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】比色法是通過比較或測量有色物質(zhì)溶液顏色深度來確定待測組分含量的方法。這是利用有色物質(zhì)對特定波長光的吸收特性來進行定性分析的一種方法，其原理是基于被測物質(zhì)溶液的顏色或加入顯色劑后生成的有色溶液的顏色，顏色深度和物質(zhì)含量成正比，則根據(jù)光被有色溶液吸收的強度，即可測定溶液中物質(zhì)的含量。
靈敏且穩(wěn)定的比色技術(shù)發(fā)展對現(xiàn)場快速檢測具有重要意義，是分析化學(xué)領(lǐng)域具有挑戰(zhàn)性的難題。中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所爆炸物傳感檢測團隊長期致力于痕量危化品檢測原理研究，在危爆品、特別是非制式爆炸物探針的承載介質(zhì)設(shè)計、比色邏輯門器件設(shè)計、多目標(biāo)比色試劑成分的穩(wěn)定共存方面發(fā)展了新的系列解決方案(Mater. Horiz., 2020, 7, 3250-3257、Cell Rep. Phys. Sci., 2021, 2, 100317、Anal. Chem., 2020, 92, 13980-13988等)。
近期，團隊在穩(wěn)定靈敏化學(xué)比色傳感方面取得進展，以尿素為目標(biāo)物，以對二甲氨基肉桂醛探針為例，提出了一種涉及疏水屏蔽和親水鍵合溶劑籠的溶劑誘導(dǎo)策略，有效促進了探針中的競爭性離域電荷轉(zhuǎn)移，并通過對尿素的穩(wěn)定、高靈敏、可視化傳感實現(xiàn)了原理驗證。
研究人員從溶劑這一化學(xué)比色反應(yīng)的慣用介質(zhì)出發(fā)，將實驗與量子化學(xué)和分子動力學(xué)相結(jié)合，探究了溶劑與探針活性、構(gòu)型分支比之間的內(nèi)在聯(lián)系。其中，比色檢測和固液反應(yīng)模式為評價反應(yīng)穩(wěn)定性和界面?zhèn)髻|(zhì)過程提供了直觀窗口，對二甲氨基肉桂醛探針的不穩(wěn)定性為驗證溶劑誘導(dǎo)效應(yīng)對穩(wěn)定性調(diào)控的有效性提供了理想的溶質(zhì)模型。
烷基部分的疏水屏蔽和多羥基部分的親水鍵合之間的協(xié)同效應(yīng)，促進了探針的離域電荷轉(zhuǎn)移并提高了檢測體系的粘滯阻力，使得分子的高活性構(gòu)型得以穩(wěn)定存在，保障了傳感單元對傳感信號的有力限域和持久有效。
在此基礎(chǔ)上，團隊開發(fā)的XJ-TW-010爆炸物氣氛探測儀有效驗證了所提出的溶劑誘導(dǎo)策略對現(xiàn)場、快速和穩(wěn)定比色檢測尿素的適用性，實際檢測能力達納克水平，室溫連續(xù)有效傳感時間長達兩周。該研究在分子層面原理探究方面的嘗試有望為準(zhǔn)確、可靠的化學(xué)傳感方法設(shè)計提供新思路，為高性能傳感器件的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，并為單分子層面調(diào)控分子構(gòu)型提供借鑒。
相關(guān)研究成果發(fā)表于美國化學(xué)會《分析化學(xué)》(Analytical Chemistry)。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進會、中科院“西部之光”人才培養(yǎng)計劃、中科院“從0到1”原始創(chuàng)新項目及新疆維吾爾自治區(qū)等的資助。
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