四川大學：開發出高效檢測醛類分子的異溫催化發光傳感系統

四川大學呂弋研究團隊在國際期刊《Analytical Chemistry》（Anal. Chem. 2024, 96, 11239–11246）上發表了一項重要研究成果。該研究成功開發了一種基于釓氧化物（Gd2O3）的異溫催化發光（CTL）傳感器系統。該系統可快速、靈敏地檢測和區分六種常見醛類分子，為揮發性有機化合物（VOCs）的高效檢測提供了一種創新、低成本的解決方案，具有廣泛的環境監測和健康應用前景。

一、背景介紹

醛類分子是一類含羰基（?CHO）的有機化合物，因其高反應性被廣泛應用于化工、農藥、染料和材料工業中，例如用于合成聚合物、木材防腐劑及消毒劑等。然而，醛類的過量排放對環境和健康構成了嚴重威脅。甲醛是常見的室內污染物，可引起眼睛和呼吸道的刺激甚至致癌；具有較強毒性，高濃度暴露可能致命。長期接觸醛類會導致慢性疾病，甚至可能誘發基因突變。此外，醛類揮發性強、易燃，與氧氣接觸時可能發生劇烈反應，其檢測對環境安全和健康監控至關重要。

現有的醛類檢測技術如氣相色譜、熒光檢測法和電化學傳感器盡管靈敏度較高，但普遍存在設備昂貴、檢測耗時、操作復雜等問題，尤其在區分結構相似的同系化合物時存在精度不足的局限性。因此，開發一種快速、便捷且成本友好的檢測技術成為當前科學界關注的熱點和難點。

二、主要研究內容

研究團隊創新性地開發了一種異溫催化發光傳感器系統，該系統利用釓氧化物（Gd2O3）作為核心傳感材料，結合溫度調控策略，實現了對甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、甲基乙二醛和等六種常見醛類分子的高效檢測和精準區分。通過水熱法優化釓氧化物的制備條件，團隊在120°C下合成的Gd2O3展現了催化性能。該材料比表面積大、吸附氧含量高，能夠有效增強催化氧化過程中產生的發光信號，實現了檢測靈敏度的大幅提升，其中甲醛的檢測限低至0.001 μg/mL。

所開發的傳感器系統通過溫度調節捕獲目標醛類在不同溫度下的CTL響應曲線，可獲得的“星座圖譜"（圖1）。這一創新手段結合了目標分子與傳感材料間的熱力學與動力學特性，不僅可以快速區分結構相似的同系化合物，還克服了傳統技術在復雜氣體混合物檢測中的抗干擾難題。實驗進一步驗證了傳感器的性能表現，其響應時間短于2秒，恢復時間低于45秒，在30天內的檢測性能保持穩定。此外，該系統在混合氣體樣品的檢測中表現出的區分能力，例如成功識別并定量分析了甲醛與的混合物。這一系統為快速、高靈敏度的多組分檢測提供了強有力的技術支持。

三、結論

本研究開發的異溫催化發光傳感器系統突破了傳統檢測技術的瓶頸，以釓氧化物為核心，通過單一傳感材料與溫度調控實現了對六種醛類分子的高效檢測和精準區分。傳感器具備高靈敏度、快速響應和長期穩定性，為環境監測、食品安全和健康診斷等領域提供了新的技術支持。研究團隊表示，未來將進一步拓展星座圖譜數據庫，開發更廣泛的應用場景，為多組分復雜化學物質的檢測提供更強大的解決方案。

資料出處：

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c0076