棒状锌基金属有机框架具有双态发光特性，可用于铁离子的双态检测：在食品样本中进行灵敏的即时检测

《Microchemical Journal》：Rod-shaped zinc-based metal–organic frameworks with dual-state emission for dual-state detection of ferric ions: Sensitive point-of-care testing in food samples

双态发光材料（DSEs）因其溶液和固态环境下的发光特性，在多领域技术中具有重要应用价值。本文报道了一种新型荧光Zn-MOF材料，通过静态络合和内滤波效应协同作用实现Fe3+的高选择性检测，检测限低至0.033 μM，线性范围0-155 μM。该材料结合标准荧光法和智能手机颜色分析技术，成功应用于菠菜、大豆和莳萝等样品的现场快速检测，为环境监测和食品安全提供便携解决方案。

　　

Sameera Sh. Mohammed Ameen | Faisal K. Algethami | Khalid M. Omer

伊拉克库尔德斯坦地区扎科大学科学学院化学系，邮编42002

摘要

双态发射体（DSEs）具有在溶液和固态环境中都能发出荧光的独特能力，这扩展了它们在多个技术领域的应用范围。在传感材料中，固有发光的金属-有机框架（LMOFs）因其可定制的光学特性、优异的稳定性、经济性和高度可适应的结构框架而脱颖而出。在这一类别中，DSE型MOFs尤其具有吸引力，因为它们无需外部荧光团封装、额外功能化或引入发光连接器即可自然发光。本文报道了一种简便且便携的检测铁离子（Fe³⁺）的方法，以应对环境监测、食品安全、工业控制和生物医学诊断中的紧迫挑战。通过引入一种新型的基于锌的金属-有机框架（Zn-MOF），本研究实现了对Fe³⁺的现场定量和可视化识别。合成的Zn-MOF具有明确的棒状形态，在固态和水相中均表现出强烈的蓝色荧光。

这种混合淬灭机制源于特定化学相互作用（如静态配位和体相内滤光效应）的协同作用，共同解释了其对Fe³⁺离子的高选择性和灵敏度。为了弥合实验室分析与实际应用之间的差距，我们开发了一种先进的双模式检测方法，结合了标准荧光技术以及无需仪器的智能手机比色法。这种方法通过将Fe³⁺浓度与智能手机摄像头捕捉到的蓝色信号强度相关联，实现了从0到155.0 μM的线性动态范围和极低的检测限（0.033 μM）。通过对添加了Fe³⁺的食品样品（菠菜、大豆、莳萝）的成功分析，充分验证了该探针的实用性和可靠性，凸显了其作为强大、快速且便于现场使用的铁离子监测工具的巨大潜力。

章节摘录

引言

铁离子（Fe³⁺）是一种对维持生命至关重要的微量营养素，在许多生理过程中发挥着基础性作用[1]、[2]。在人体中，它是血红蛋白的关键成分，血红蛋白负责将氧气输送到全身；同时它也是肌红蛋白的组成部分，肌红蛋白在肌肉中储存氧气。Fe³⁺离子还对参与细胞呼吸和DNA合成的酶功能至关重要。在环境领域，尤其是在饮用水中，Fe³⁺离子可能会

化学试剂

本研究中使用的所有化学试剂、溶剂均为分析级，无需进一步纯化即可直接使用。锌盐（Zn(CH?COO)?·2H?O，纯度99%）和三聚酸（纯度98.5%）购自德国Sigma-Aldrich公司。其他金属盐包括KCl、NaCl、BaCl?、CoCl?、MnCl?、CdCl?、Al(NO?)?、Cr(NO?)?、Cu(NO?)?·6H?O和MgSO?，以及一系列有机试剂如乳糖（Lac）、葡萄糖（Glu）、维生素B1（VB1）、果糖（Fru）、甲醇（MeOH）和蔗糖等。

Zn-MOF的合成与表征

为了全面研究Zn-MOF纳米结构的尺寸、形状和光学特性，采用了多种先进的表征技术。所得到的Zn-MOF形成了均匀的棒状结构，在365 nm紫外光照射下会发出强烈的蓝色荧光。

通过多种表征技术分析了Zn-MOF棒状纳米结构的尺寸、形态和光电性能。如图2A和B所示，合成的Zn-MOF表现出

结论

总之，成功合成了一种不含镧系元素的新型基于锌的金属-有机框架（Zn-MOF），其具有独特的棒状形态。该材料在固态和水相中均能在390 nm处发出强烈的蓝色荧光，这一特性被用于创建一个多功能传感平台，实现对Fe³⁺离子的准确和现场可视化定量。其检测机制基于高度选择性和灵敏的荧光淬灭效应。

CRediT作者贡献声明

Sameera Sh. Mohammed Ameen：撰写初稿、验证、实验设计、数据分析、概念构思。 Faisal K. Algethami：数据可视化、软件处理。 Khalid M. Omer：审稿与编辑、监督工作、概念指导。

资助

本研究得到了伊玛目穆罕默德·伊本·沙特伊斯兰大学（Imam Mohammad Ibn Saud Islamic University, IMSIU）科研处的支持和资助（项目编号：IMSIU-DDRSP2602）。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。