四川大学：开发出高效检测醛类分子的异温催化发光传感系统

四川大学吕弋研究团队在国际期刊《Analytical Chemistry》（Anal. Chem. 2024, 96, 11239–11246）上发表了一项重要研究成果。该研究成功开发了一种基于钆氧化物（Gd2O3）的异温催化发光（CTL）传感器系统。该系统可快速、灵敏地检测和区分六种常见醛类分子，为挥发性有机化合物（VOCs）的高效检测提供了一种创新、低成本的解决方案，具有广泛的环境监测和健康应用前景。

一、背景介绍

醛类分子是一类含羰基（−CHO）的有机化合物，因其高反应性被广泛应用于化工、农药、染料和材料工业中，例如用于合成聚合物、木材防腐剂及消毒剂等。然而，醛类的过量排放对环境和健康构成了严重威胁。甲醛是常见的室内污染物，可引起眼睛和呼吸道的刺激甚至致癌；丙烯醛具有较强毒性，高浓度暴露可能致命。长期接触醛类会导致慢性疾病，甚至可能诱发基因突变。此外，醛类挥发性强、易燃，与氧气接触时可能发生剧烈反应，其检测对环境安全和健康监控至关重要。

现有的醛类检测技术如气相色谱、荧光检测法和电化学传感器尽管灵敏度较高，但普遍存在设备昂贵、检测耗时、操作复杂等问题，尤其在区分结构相似的同系化合物时存在精度不足的局限性。因此，开发一种快速、便捷且成本友好的检测技术成为当前科学界关注的热点和难点。

二、主要研究内容

研究团队创新性地开发了一种异温催化发光传感器系统，该系统利用钆氧化物（Gd2O3）作为核心传感材料，结合温度调控策略，实现了对甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、甲基乙二醛和丙烯醛等六种常见醛类分子的高效检测和精准区分。通过水热法优化钆氧化物的制备条件，团队在120°C下合成的Gd2O3展现了最佳催化性能。该材料比表面积大、吸附氧含量高，能够有效增强催化氧化过程中产生的发光信号，实现了检测灵敏度的大幅提升，其中甲醛的检测限低至0.001 μg/mL。

所开发的传感器系统通过温度调节捕获目标醛类在不同温度下的CTL响应曲线，可获得独特的“星座图谱”（图1）。这一创新手段结合了目标分子与传感材料间的热力学与动力学特性，不仅可以快速区分结构相似的同系化合物，还克服了传统技术在复杂气体混合物检测中的抗干扰难题。实验进一步验证了传感器的性能表现，其响应时间短于2秒，恢复时间低于45秒，在30天内的检测性能保持稳定。此外，该系统在混合气体样品的检测中表现出卓越的区分能力，例如成功识别并定量分析了甲醛与丙烯醛的混合物。这一系统为快速、高灵敏度的多组分检测提供了强有力的技术支持。

图1. 基于Gd2O3₃的六种醛类星座图谱判别图（流速：0.3 L/min，

(A) 甲醛：0.73 μg/mL，

(B) 乙醛：0.65 μg/mL，

(C) 丙醛：1.36 μg/mL，

(D) 丁醛：1.03 μg/mL，

(E) 甲基乙二醛：0.72 μg/mL，

(F) 丙烯醛：1.24 μg/mL）

三、结论

本研究开发的异温催化发光传感器系统突破了传统检测技术的瓶颈，以钆氧化物为核心，通过单一传感材料与温度调控实现了对六种醛类分子的高效检测和精准区分。传感器具备高灵敏度、快速响应和长期稳定性，为环境监测、食品安全和健康诊断等领域提供了新的技术支持。研究团队表示，未来将进一步拓展星座图谱数据库，开发更广泛的应用场景，为多组分复杂化学物质的检测提供更强大的解决方案。

资料出处：

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

审核编辑 黄宇