20、二氧化碳化学传感器的最新进展

二氧化碳化学传感器的最新进展

1. 引言

化学传感器是一类能将化学刺激转化为易于检测的响应形式（如颜色变化、荧光变化和其他电子信号）的化学结构。近年来，用于气体检测和监测的化学传感器的开发受到了广泛关注，这在环境和生物系统中具有重要意义。其中，二氧化碳（$CO_2$）作为主要的温室气体，其排放对全球气候和人类健康产生了显著的负面影响，如温室效应、海平面上升和亚热带沙漠的潜在扩张等。因此，限制$CO_2$排放已成为全球共识，《京都议定书》也促使多个国家控制其温室气体排放。

监测$CO_2$是降低温室气体排放的关键步骤之一，它在生物反应器调节、温室农业和食品包装等领域有广泛应用。目前，已开发出多种$CO_2$传感技术，包括红外光谱、气相色谱、pH传感和光学化学传感等。其中，基于化学传感器的$CO_2$传感方法因其快速、简便、廉价和高精度而更具吸引力。常见的$CO_2$化学传感器制备方法是将pH指示剂与$CO_2$捕获物质结合，利用碳酸的解离使信号分子（通常是荧光分子）质子化，从而产生可检测的变化。

2. 基于芘的二氧化碳化学传感器

• (E)-N′-((5-(芘 - 1 - 基)噻吩 - 2 - 基)亚甲基)烟酰肼（1） ：该芘基席夫碱与氟阴离子相互作用时，会产生阴离子氮，它是一种强亲核试剂，适合用于$CO_2$气体传感。化合物1因具有游离的NH基团，在阴离子传感研究中广泛应用，对氟阴离子具有高度选择性。通过紫外 - 可见吸收研究进行定量分析时，发现去质子化的1在425 nm处的峰显著降低，而游离的1在375 nm处的特征峰增加，溶液颜色从黄色变为透明。暴露于二氧化碳气体时，荧光光谱在390 nm处有明显增强。$