亞硝酸鹽是人類生活的重要組成部分，在食品添加劑、混凝土外加劑和土壤氮循環中發揮著重要作用。此外，亞硝酸鹽可作為非制式爆炸物中的一種強氧化劑成分，也是常見高能炸藥（硝基芳香烴、硝胺和硝酸鹽）的主要降解成分之一。因此，微量亞硝酸鹽的現場檢測與分析對環境保護，公共健康和安全保障具有重要意義。到目前為止，人們實時檢測亞硝酸鹽主要依賴于操作簡單的Griess法，通過肉眼觀察磺胺和N-（1-萘基）-乙二胺在亞硝酸鹽存在下形成的偶氮染料進行比色分析。然而，在考慮亞硝酸鹽檢測的穩定性和重復性時，仍有幾個問題有待解決：（1）作為重氮化試劑的對位未取代芳香胺在空氣中容易氧化為醌亞胺結構導致變性，難以保持長期穩定性；（2）在酸性環境下，具有強氧化性的亞硝酸鹽對重氮化反應分子結構的穩定性提出了更高的要求；（3）環境光對基于顯色反應的亞硝酸鹽定量準確度造成了干擾。這些問題極大地限制了亞硝酸鹽分析方法發展，并提出了對高度靈敏、穩定和簡便的檢測技術的迫切需求。因此，探索一種可靠的設計策略，通過精確調節探針中亞硝酸鹽反應位點，在提高偶聯反應活性的同時保持探針的穩定性實現超靈敏測定亞硝酸鹽，具有重要意義。

針對于此，中國科學院新疆理化技術研究所痕量化學物質感知方向提出了一種通過重氮化偶聯反應位點調控香豆素探針實現亞硝酸鹽比色-熒光雙模高效檢測的策略。研究人員設計了一種配備有重氮化和偶聯反應位點的香豆素探針，首先，通過調節胺基位點研究了其對香豆素探針重氮化反應活性的影響，并根據不同苯環上位置的平均局域電離能和結合能分析了潛在的偶聯反應位點；其次，通過分析產物的偶氮鍵周二面角、能量分布、躍遷電荷密度和偶極密度，驗證了產物分子受激扭轉的熒光猝滅機制以及通過基態局域共軛產生顏色的原因。在此基礎上，該探針可以實現對亞硝酸鹽的高效比色-熒光雙模檢測（比色和熒光模式下分別具有629 nM和98 nM的檢測限，同時在15種常見陰離子和干擾物質下表現出優異的特異性）。此外，嘗試了將探針錨定在聚乙烯醇水凝膠基質中構建便攜式傳感器，實現了實際樣品中亞硝酸鹽的檢測。通過對檢測圖像色值進一步程序化處理，對液體待測物的半定量分析以及固體待測物的痕跡分析證明了該策略在實際場景中的適用性和可靠性。

相關研究成果發表于學術期刊Sensors and Actuators B上，中科院新疆理化技術研究所為唯一完成單位，博士生張天實為第一作者，劉媛副研究員和竇新存研究員為通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、新疆自治區國際科技合作計劃、中國科學院從0到1原始創新及國家高層次人才等項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.133261

a）重氮化偶聯反應檢測亞硝酸鹽的探針調控策略示意圖，b）15種常見陰離子和干擾物質下的比色和熒光檢測特異性，c）香豆素探針負載的PVA水凝膠傳感器，d）水凝膠傳感器檢測亞硝酸鹽固體顆粒示意圖