协同荧光-质谱灵敏度分析：揭示苯类化合物在BTA-TAPT光致发光（COF）体系中的富集机制与传感性能

《Sensors and Actuators B: Chemical》：Synergistic fluorescence-mass sensitivity elucidation: unraveling benzene-analogue enrichment mechanisms and sensing performance in BTA-TAPT COF

　　

沙莉|蒋涛|曾凌高|侯立伟

中国重庆市食品药品检验研究院，400700

摘要

通过将基于BTA和TAPT单体的荧光响应共价有机框架（COF，其中BTA = 1,3,5-苯三甲醛，TAPT = 4,4′,4′′-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三基)三嗪）与石英晶体微天平（QCM）气体传感器集成，开发了一种双模式传感平台。该平台显著提高了对苯衍生物的灵敏度和选择性，同时实现了对甲苯检测的高特异性。BTA-TAPT COF@QCM传感器是通过在QCM芯片上原位生长COF传感层并通过放热溶解方法制备的。频率响应分析显示甲苯的吸附能力为1856 mg·g?1，吸附焓（ΔHθ）为?70.52 kJ/mol，表现出可逆的电频率响应行为。这种优异的吸附性能源于BTA-TAPT COF中的电子缺陷三嗪位点与富电子甲苯分子之间的相互作用。为了解决QCM在区分结构相似的苯衍生物方面的局限性，采用了荧光传感方法，显示出优越的选择性、线性（5–150 ppm）和重复性。在100 ppm时荧光增强率为46%，检出限（LOD）为0.68 ppm。通过循环伏安法和UV-Vis吸收光谱的机理研究确定了BTA-TAPT COF的HOMO/LUMO能级。密度泛函理论（DFT）模拟表明，荧光调制（增强/淬灭）取决于COF与挥发性有机化合物（VOCs）之间的供体-受体电子转移能力，证实了双模式检测的协同增强效应。

章节片段

引言

气体敏感膜是气体传感器的核心组成部分，其性能直接影响传感器的检测效果。通常，优化敏感膜的物理化学性质及其集成策略可以有效提高传感器的灵敏度和选择性[1]、[2]、[3]。常用的敏感膜材料包括金属氧化物[4]、有机聚合物[5]、碳基纳米材料[6]、金属有机框架（MOFs）[7]和共价

BTA-TAPT COF的合成与表征

BTA-TAPT COF的合成方法是将80.90 mg的4,4',4''-(1,3,5-三嗪-2,4,6-三嗪）（TAPT）和118.30 mg的苯-1,3,5-三甲醛（BTA）溶解在含有20.0 mL的1,4-二氧烷和间甲苯（1,4-二氧烷: 间甲苯 = 1:1, v:v）的混合溶剂中。混合物经超声波处理10分钟后，迅速加入0.2 mL的6 mol/L醋酸水溶液并剧烈搅拌至均匀。然后将溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在403 K下加热48小时

为了解决传统QCM气体传感器对相似芳香族分析物选择性的局限性，提出了一种双模式传感策略，通过将原位制造的BTA-TAPT COF与QCM转换相结合。制备的COF具有高效蒸汽吸附和表面富集的固有多孔网络[25]、[26]，其共轭刚性骨架确保了稳定的荧光发射[27]、[28]。COF中交替的富电子和电子缺陷段

结论

通过将高度结晶且均匀的BTA-TAPT COF传感膜原位生长到QCM电极上来构建了BTA-TAPT COF@QCM传感器，实现了通过频率响应和荧光传感的双模式甲苯检测。BET分析显示BTA-TAPT COF具有分级孔结构，比表面积为389.02 m2/g，包含微孔和中孔。基于QCM的吸附研究表明BTA-TAPT COF对甲苯的吸附能力非常出色

CRediT作者贡献声明

侯立伟和沙莉提出了研究方案并设计了实验。沙莉和蒋涛完成了大部分实验工作，包括设备制备、气体传感测量、材料表征和数据分析。曾凌高参与了振荡电路的开发、频率参数测量及相关数据分析。本文由侯立伟和沙莉共同撰写。所有作者讨论了结果并审查了最终稿件。

CRediT作者贡献声明

沙莉：撰写——初稿，项目管理，研究。蒋涛：研究，正式分析，数据管理。曾凌高：可视化，研究，概念化。侯立伟：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，资源管理，项目管理，研究，资金获取。

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

本工作得到了中国博士后科学基金（项目编号76）和重庆市自然科学基金（编号CSTB2025NSCQ-GPX1089）的支持。

沙莉毕业于四川农业大学，拥有高级制药工程师资格。她在重庆食品药品检验研究院工作超过十年。她的研究兴趣集中在检测和分析技术、基于传感器的检测方法以及作用机制上。