氟化硼二吡咯染料在識別光氣中的應(yīng)用

張俊勝

摘 要：氟化硼二吡咯（BODIPY）是一類性能優(yōu)良的熒光染料，BODIPY類熒光染料有著較高的選擇性、高靈敏度、高熒光量子產(chǎn)率、高摩爾消光系數(shù)、良好的光學(xué)穩(wěn)定性和對pH不敏感的優(yōu)點，在過去的20年內(nèi)得到廣泛的研究。光氣是一種毒性很強的氣體，屬于窒息性毒氣，高濃度吸入可致肺水腫。本文基于BODIPY對光氣分子熒光識別進行介紹，期待引起相關(guān)學(xué)科同行的興趣。

關(guān)鍵詞：BODIPY;識別;光氣

氣體是地球自然環(huán)境的重要組成部分，在各個方面起著顯著的作用，如氧氣是呼吸作用的必要參與者。不過也用一些有毒有害的氣體，如光氣（COCl2）。它是一種廣泛使用的無色劇毒氣體，氣已成為對人類的嚴(yán)重威脅。公共安全，因為它可能被恐怖分子使用，并在工業(yè)事故中意外釋放。根據(jù)Matheson氣體數(shù)據(jù)手冊，20 ppm的光氣可在2 min內(nèi)造成肺部損傷，而接觸25ppm的濃度只需30min是非常危險的。光氣濃度為90ppm，在30min或更短的30min內(nèi)迅速致命。因此，迫切需要開發(fā)簡單、快速、選擇性的光氣檢測方法。目前開發(fā)了光氣監(jiān)測的檢測技術(shù)，包括色譜技術(shù)和質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC/MS[1]高效液相色譜/MS[2]）、電法[3]、比色法[4]、和致氟法。[5]其中是基于熒光的傳感技術(shù)系統(tǒng)具有操作簡單、靈敏度高、成本低和現(xiàn)場使用方便等優(yōu)點。BODIPY是一類性能非常優(yōu)越的熒光材料，因此可以使用它對光氣進行識別，多位科研工作者在者方面做了很多工作。

Hong-Cheng Xia等[6]構(gòu)建了一個高度選擇性的BODIPY熒光傳感器o-Pab。它是將臨苯二胺作為反應(yīng)位點。在神經(jīng)毒劑模擬物和各種酰基氯化物環(huán)境中，該傳感器在比色和開啟熒光模式下對光氣具有較高的選擇性高，還可以快速響應(yīng)（10～15s），及在溶液中檢測限低（2.7nM）。與大多數(shù)無法區(qū)分的傳感器相比，該分子可以與光氣反應(yīng)，并且不與其替代品、三磷基和雙磷酸鹽發(fā)生反應(yīng)。并且，該分子還可以用聚環(huán)氧乙烷把它固定在濾紙上，制備了方便的氣相光氣實時選擇性監(jiān)測試紙。測試試紙可以檢測到光氣的危險濃度范圍，它可以檢測出濃度達到或低于導(dǎo)致健康風(fēng)險的光氣。

Tae-Il Kim等[7]開發(fā)了一種meso位肟取代的-1，3，5，7-四甲基BODIPY探針。在有光氣存在的情況下，meso位的肟基團會轉(zhuǎn)化為氰基。在光氣濃度不斷變大的情況下，該熒光染料可以實現(xiàn)從灰色到橙色的轉(zhuǎn)變，是一個可視化的過程，并且可以排除酸，神經(jīng)模擬劑，酰化/磷酸化試劑的干擾，從而實現(xiàn)對光氣分子的選擇性與定量識別。并且響應(yīng)速度非常快，小于10s;檢出限很低，為0.09ppb。并且在固態(tài)下，同樣可以達到類似的效果。該探針可應(yīng)用于含有光氣的化學(xué)工業(yè)中的定性和定量監(jiān)測。

Yuanlin Zhang等[8]研制了一種新型的基于BODIPY的光氣探針8-EDAB。其檢出限低至0.12nM，響應(yīng)時間不超過15s。該探針用8位的乙二胺作為識別基團，探針經(jīng)受光氣介導(dǎo)的親核取代反應(yīng)和隨后的分子內(nèi)環(huán)化過程，弱藍色熒光轉(zhuǎn)化為了綠色熒光。8-EDAB探針?biāo)@示的較高的靈敏度、快速的反應(yīng)率和高的識別選擇性，是快速、可靠地檢測光氣的候選探針。在實際應(yīng)用中，乙腈作為介質(zhì)在此工作中得到最佳檢測靈敏度和反應(yīng)速率。

Melike Sayar等[9]開發(fā)了一種光氣特異性熒光探針BOD-SYR，它使用BODIPY染料作為可見光集光發(fā)色團和鄰氨基芐胺單元作為反應(yīng)基。該探針系統(tǒng)依賴于六元環(huán)化過程，在選擇性和靈敏度方面表現(xiàn)出高度的分析性能。其對溶液中的三光氣的響應(yīng)時間不超過10s。該探針涂在固體表面也可以成功檢測氣態(tài)光氣。裝有BOD-SYR染料的手持式光氣檢測器并不復(fù)雜，卻顯示了對氣態(tài)光氣非常有前景的快速檢測性能。最重要的是，該方法和手持探測器非常適合于緊急情況下的早期檢測。

綜上，熒光小分子探針是生命體系中使用最廣泛的檢測工具，在人們了解生命規(guī)律、改善生活條件方面起了重要的作用。發(fā)展氣體分子的小分子熒光探針將是當(dāng)下及未來的前沿研究領(lǐng)域。我們相信，在不久的將來，氣體信號分子的小分子熒光探針將得到快發(fā)展，為研究氣體信號分子的功能和調(diào)控提供有力的工具。

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基金項目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目：201814440406;貴州省科學(xué)技術(shù)基金：[2016]1060;貴州省教育廳科技拔尖人才支持項目：黔教合KY字[2016]085;貴州省科技廳-貴州理工學(xué)院聯(lián)合基金：黔科合LH字[2015]7101

*通訊作者：楊柳濤（1983-），男，博士。