Fast and Selective Detection of Trace Chemical Warfare Agents Enabled by an ESIPT-Based Fluorescent Film Sensor

化学 荧光团 荧光 分析物 化学战剂 检出限 紧身衣 光化学 色谱法 生化工程 物理 量子力学 工程类
作者
Ke Liu,Molin Qin,Qiyuan Shi,Gang Wang,Jing Zhang,Nannan Ding,Hailing Xi,Taihong Liu,Jinglin Kong,Yu Fang
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:94 (32): 11151-11158 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.2c00862
摘要

Reliable detection of airborne chemical warfare agents (CWAs) at the site and in real-time remains a challenge due to the rarity of miniaturized analytical tools. Herein, an o-carborane-functionalized benzothiazole derivative (PCBO) with excited-state intramolecular proton transfer (ESIPT) and AIE characteristics was synthesized. The PCBO-based film sensor showed a highly sensitive response to representative simulants of CWAs, and detection limits were found to be 1.0 mg·m–3 for triphosgene, 6.0 mg·m–3 for chloroethyl ethyl sulfide, and 0.2 mg·m–3 for diethyl chlorophosphite. Moreover, the sensor showed great reusability (>100 cycles) and unprecedented response speed (<0.5 s). The excellent sensing performance was ascribed to the microenvironmental sensitivity of the sensing fluorophore, the porous adlayer structure of the film, and the specific binding of the fluorophore to the analytes. Furthermore, discrimination and identification of the examined CWA simulants were realized via the introduction of another fluorophore (HCBO)-based film. Importantly, a portable fluorescent CWA detector was built with the sensor as the key component, and its applicability was demonstrated by the successful detection of a typical CWA sample (Sarin). The present study indicates that fluorescent film sensors could satisfy reliable onsite and real-time detection of harmful chemicals.
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