本文介绍的研究由Ramesh C. Gupta、Sushil K. Dwivedi、Rashid Ali、Syed S. Razi、Rudramani Tiwari、S. Krishnamoorthi和Arvind Misra等人合作完成，研究机构为印度瓦拉纳西的巴纳拉斯印度大学化学系。该研究于2020年发表在《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》期刊上，题为《A sensitive TICT probe exhibiting ratiometric fluorescence response to detect hydrazine in solution and gas phase》。

研究背景与目的 该研究的主要科学领域是分子光谱学和荧光探针技术，旨在开发一种高灵敏度的荧光探针，用于检测溶液和气相中的肼（hydrazine, N2H4）。肼是一种广泛应用于工业的化合物，例如作为锅炉的腐蚀抑制剂、药物中间体、催化剂、乳化剂和抗氧化剂等。然而，肼具有高度反应性和可燃性，且对人体有毒性，可能导致眼睛、鼻子和喉咙的刺激、暂时性失明、头晕、恶心、肺水肿、昏迷、血液异常、DNA损伤以及肝脏、肺、肾脏和中枢神经系统的损害。美国环境保护署（EPA）将肼列为潜在的肝毒性、致突变性和致癌性物质，其阈值限值（TLV）为10 ppb。因此，开发一种能够方便、灵敏地检测肼的方法具有重要的科学和应用价值。

研究方法与流程 研究团队设计并合成了一种基于扭曲分子内电荷转移（Twisted Intramolecular Charge Transfer, TICT）机制的荧光探针——二氰乙烯基-9-苯基蒽（dicyanovinyl-9-phenylanthracene, DPA）。该探针通过化学反应与肼发生作用，生成新的衍生物，从而改变其光物理性质，实现荧光信号的“比率式”响应。

探针的合成： 探针DPA的合成通过Knoevenagel缩合反应完成。首先，蒽（anthracene）与N-溴代琥珀酰亚胺反应生成9-溴蒽，随后通过Suzuki偶联反应与4-甲酰基苯硼酸反应生成中间体，最后与丙二腈反应生成DPA。所有化合物均通过核磁共振（NMR）、红外光谱（IR）和高分辨率质谱（HRMS）进行了表征。

光物理性质研究： 研究团队在不同极性的溶剂中研究了DPA的光物理性质。结果表明，DPA在非极性溶剂中表现出双发射带，而在极性溶剂中，低能量发射带消失，仅保留高能量发射带。这种变化归因于TICT机制的作用。

探针对肼的响应： 探针DPA与肼反应后，二氰乙烯基被转化为氨基/腙基，导致电荷传播方向的反转，TICT状态消失，ICT过程主导。这种变化表现为荧光信号的“比率式”响应，并且探针溶液的颜色在紫外光下从红色变为蓝色。研究还通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察了DPA及其衍生物的表面形貌，发现DPA呈无定形结构，而衍生物则呈结晶状。

电导率测量： 研究团队还测量了DPA及其衍生物的电导率。结果表明，DPA具有较高的直流电导率，而衍生物的电导率显著降低，这归因于其结晶结构的增加。

气相检测： 探针DPA还被用于检测气相中的肼。研究团队通过将肼蒸气通入探针溶液中，观察到与溶液检测相似的光学变化。此外，研究还开发了基于DPA的试纸，用于肼气体的可视化检测。

主要结果 荧光响应：探针DPA与肼反应后，表现出显著的荧光“比率式”响应，荧光信号从600 nm转移到435 nm，且溶液颜色在紫外光下从红色变为蓝色。 检测限：探针DPA对肼的检测限为7.85 nM（0.25 ppb），远低于EPA推荐的阈值限值（10 ppb）。 电导率变化：DPA的无定形结构使其具有较高的电导率，而衍生物的结晶结构导致电导率显著降低。 气相检测：探针DPA能够有效检测气相中的肼，并且在试纸上表现出肉眼可见的颜色变化。 结论与意义 该研究成功开发了一种基于TICT机制的高灵敏度荧光探针DPA，能够通过比率式荧光响应和肉眼可见的颜色变化检测溶液和气相中的肼。探针DPA具有低检测限、快速响应时间和良好的选择性，适用于环境监测、工业安全和生物医学等领域。此外，研究还揭示了DPA及其衍生物的电导率变化机制，为开发新型导电材料提供了理论依据。

研究亮点 高灵敏度：探针DPA对肼的检测限低至7.85 nM，远低于EPA推荐的阈值限值。 比率式荧光响应：探针DPA与肼反应后，表现出显著的荧光信号变化，适用于精确的定量分析。 多功能性：探针DPA不仅适用于溶液检测，还可用于气相检测和试纸检测，具有广泛的应用前景。 新颖的TICT机制：研究通过TICT机制揭示了探针DPA的光物理性质变化，为荧光探针的设计提供了新的思路。 其他有价值的内容 研究团队还通过密度泛函理论（DFT）计算分析了DPA及其衍生物的分子轨道和电荷分布，进一步验证了TICT机制的作用。此外，研究还探讨了DPA及其衍生物的热稳定性和表面形貌，为材料的实际应用提供了重要参考。

该研究不仅开发了一种高灵敏度的肼检测方法，还深入探讨了TICT机制在荧光探针中的应用，具有重要的科学意义和应用价值。