8-羥基喹啉（8-HQ）是一種含氮、氧雙齒螯合位點的有機配體，可與過渡金屬離子（如Cu²⁺、Fe³⁺、Zn²⁺、Ni²⁺）、稀土金屬離子（如Eu³⁺、Tb³⁺）形成穩定的五元環螯合配合物（M-8HQ），這類配合物兼具優異的電活性、選擇性識別能力、良好的導電性與穩定性，是構建電化學傳感器的理想敏感材料，可廣泛應用于離子、小分子有機物、生物標志物等物質的定量檢測，通過結構改性與界面優化還能進一步提升傳感器的靈敏度、選擇性與抗干擾能力。

一、8-羥基喹啉金屬配合物在電化學傳感器中的核心應用機制

M-8HQ在電化學傳感器中主要通過選擇性識別-信號轉換的雙重作用實現目標物檢測，核心機制分為以下兩類：

配位識別驅動的信號響應M-8HQ配合物的螯合結構具有靶向識別能力，當目標物（如重金屬離子、生物小分子）與配合物發生配位作用、氫鍵作用或π-π堆積作用時，會引發配合物的分子構型變化、電荷分布改變，進而導致傳感器界面的氧化還原電位偏移、電流強度變化，例如，Cu(Ⅱ)-8HQ配合物可通過螯合作用特異性結合水中的Hg²⁺，結合后配合物的氧化還原峰電流隨 Hg²⁺濃度升高而線性下降，以此實現Hg²⁺的定量檢測。

電催化增強的信號放大部分M-8HQ配合物具有良好的電催化活性，可作為電子媒介體加速電極與目標物之間的電子轉移速率，實現檢測信號的放大，例如，Fe(Ⅲ)-8HQ配合物能催化H₂O₂的還原反應，降低反應的過電位，顯著提升電流響應信號；Zn(Ⅱ)-8HQ配合物可催化多巴胺的氧化反應，解決生物樣品中多巴胺氧化過電位高、信號弱的問題。

薄膜修飾的界面調控作用M-8HQ配合物易通過滴涂法、電聚合法、自組裝法在電極表面形成均勻的敏感薄膜，該薄膜不僅能提供大量識別位點，還可調控電極界面的電子傳輸性能，例如，將 Ni(Ⅱ)-8HQ 配合物通過電聚合修飾在玻碳電極表面，形成的多孔薄膜可增大電極比表面積，同時增強對葡萄糖的選擇性識別能力。

二、8-羥基喹啉金屬配合物電化學傳感器的典型應用場景

1. 重金屬離子檢測

重金屬離子（如Hg²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺、Cr⁶⁺）具有高毒性且易在生物體內富集，M-8HQ配合物對重金屬離子的特異性螯合能力使其成為痕量檢測的理想材料。

檢測原理：M-8HQ配合物中的N、O原子可與重金屬離子形成穩定螯合物，導致配合物的電化學活性發生變化（如峰電流降低、峰電位偏移），電流變化值與重金屬離子濃度呈線性關系。

應用案例：Cu(Ⅱ)-8HQ修飾的玻碳電極可檢測水中的Hg²⁺，檢測限低至0.01μg/L，線性范圍為0.05~10μg/L，且不受常見陽離子（如Na⁺、K⁺、Ca²⁺）的干擾；Zn(Ⅱ)-8HQ 薄膜電極對Cd²⁺的檢測限可達0.005μg/L，適用于飲用水、工業廢水的痕量檢測。

2. 生物小分子與藥物檢測

生物小分子（如多巴胺、尿酸、抗壞血酸）和藥物分子（如抗生素、抗ai藥物）的定量檢測在臨床診斷與藥物分析中至關重要，M-8HQ配合物可通過電催化作用提升檢測靈敏度與選擇性。

神經遞質檢測：Fe(Ⅲ)-8HQ 修飾電極可在抗壞血酸共存的條件下，實現多巴胺的選擇性檢測。抗壞血酸在該電極上的氧化過電位較高，而多巴胺可被Fe(Ⅲ)-8HQ催化氧化，產生明顯的氧化峰電流，檢測線性范圍為1~100μmol/L，適用于血清中多巴胺的定量分析。

抗生素檢測：Eu(Ⅲ)-8HQ配合物修飾的絲網印刷電極可檢測四環素類抗生素，四環素與Eu (Ⅲ) 發生配位作用后，會增強配合物的電化學發光信號，檢測限低至0.1μmol/L，且可用于牛奶、蜂蜜等食品中的殘留檢測。

3. 環境污染物檢測

針對酚類、硝基化合物等環境污染物，M-8HQ配合物可通過電催化降解與信號響應的雙重作用實現檢測。

酚類污染物檢測：Ni(Ⅱ)-8HQ修飾電極對苯酚具有良好的電催化氧化活性，苯酚在電極表面被氧化為苯醌，產生的氧化峰電流與苯酚濃度呈線性關系，線性范圍為0.1~50μmol/L，適用于化工廢水的檢測。

硝基化合物檢測：Co(Ⅱ)-8HQ配合物可催化硝基苯的還原反應，降低還原過電位，檢測限低至0.05μmol/L，且能區分硝基苯與硝基甲苯等同類污染物。

4. 生物標志物檢測

在生物傳感領域，M-8HQ配合物可作為抗體、酶的固定載體，構建電化學免疫傳感器或酶傳感器，用于腫liu標志物、血糖等生物標志物的檢測。

腫liu標志物檢測：將ai胚抗原（CEA）抗體固定在Fe₃O₄@Zn (Ⅱ)-8HQ復合納米材料表面，構建的免疫傳感器可通過抗原-抗體特異性結合，引發電極界面阻抗變化，檢測限低至0.01ng/mL，適用于臨床血清樣本檢測。

血糖檢測：將葡萄糖氧化酶固定在Cu(Ⅱ)-8HQ修飾的電極表面，酶催化葡萄糖生成的H₂O₂可被Cu(Ⅱ)-8HQ電催化還原，產生的電流信號與葡萄糖濃度呈線性關系，檢測范圍為0.1~20mmol/L，具有良好的抗干擾性。

三、8-羥基喹啉金屬配合物電化學傳感器的性能優化策略

傳感器的核心性能指標包括靈敏度、選擇性、穩定性、檢測限，針對M-8HQ配合物的特性，可從以下四個維度進行優化：

1. 配合物結構調控：提升識別與電催化性能

金屬離子選型優化：不同金屬離子與8-羥基喹啉形成的配合物電活性差異顯著。過渡金屬離子（Fe³⁺、Cu²⁺、Ni²⁺）具有可變價態，電催化活性強，適合構建催化型傳感器；稀土金屬離子（Eu³⁺、Tb³⁺）的熒光特性與電化學活性兼具，可構建電化學發光傳感器，例如，Fe(Ⅲ)-8HQ 的電催化活性優于Zn(Ⅱ)-8HQ，更適合用于H₂O₂、多巴胺的檢測。

配體改性增強選擇性：通過在8-羥基喹啉分子上引入官能團（如-COOH、-NH₂、-SO₃H），可增強配合物的水溶性與靶向識別能力，例如，羧基化8-羥基喹啉與Cu²⁺形成的配合物，對Hg²⁺的選擇性提升5倍以上，有效降低其他離子的干擾。

多核與異核配合物構建：構建多核M-8HQ配合物（如Fe-Cu-8HQ、Zn-Ni-8HQ），利用不同金屬離子的協同作用，加速電子轉移速率。異核配合物的電催化活性通常優于單核配合物，例如Fe-Cu-8HQ修飾電極對苯酚的催化氧化效率較單核配合物提升30%。

2. 納米復合材料設計：增強信號傳導與界面性能

將M-8HQ配合物與納米材料復合，可顯著提升電極的比表面積、導電性與電子轉移速率，實現信號放大。

碳基材料復合：與石墨烯、碳納米管、多孔碳等復合，利用碳材料的高導電性與大比表面積，加速電子傳輸，例如，Zn(Ⅱ)-8HQ/石墨烯復合材料修飾電極的電子轉移速率較純Zn(Ⅱ)-8HQ 提升10倍，檢測靈敏度顯著提高。

磁性納米材料復合：與Fe₃O₄、CoFe₂O₄等磁性納米材料復合，不僅能增強導電性，還可實現傳感器的磁分離回收，提升重復使用性，例如，Fe₃O₄@Cu (Ⅱ)-8HQ復合材料修飾電極可通過磁場分離，重復使用10次后靈敏度仍保持90%以上。

半導體材料復合：與TiO₂、g-C₃N₄等半導體材料復合，形成異質結結構，促進電荷分離，增強電催化活性，例如，Ni(Ⅱ)-8HQ/g-C₃N₄復合材料對葡萄糖的電催化活性較純Ni (Ⅱ)-8HQ提升40%。

3. 電極界面修飾工藝優化：改善薄膜均勻性與穩定性

電極界面的薄膜質量直接影響傳感器的穩定性與重現性，需優化修飾方法與工藝參數：

修飾方法選擇：電聚合法形成的M-8HQ薄膜均勻性好、附著力強，優于滴涂法；自組裝法可構建有序的單分子層薄膜，提升識別位點的利用率，例如，電聚合Cu(Ⅱ)-8HQ 薄膜的穩定性較滴涂法提升2倍，重復使用次數增加至20次以上。

薄膜厚度調控：薄膜過厚會增加電子傳輸阻力，降低靈敏度；過薄則識別位點不足，檢測范圍窄。通過調控電聚合的電位、時間或滴涂液濃度，可將薄膜厚度控制在納米級（50~200nm），實現靈敏度與穩定性的平衡。

界面功能化改性：在電極表面引入導電聚合物（如聚苯胺、聚吡咯）或離子液體，可增強電極與M-8HQ配合物的附著力，同時提升界面導電性，例如，聚苯胺@Fe(Ⅲ)-8HQ復合薄膜的電子轉移速率較純Fe (Ⅲ)-8HQ薄膜提升5倍。

4. 檢測條件優化：降低干擾與提升響應效率

電解液體系調控：電解液的pH、離子強度會影響M-8HQ配合物的穩定性與目標物的存在形態。例如，檢測重金屬離子時，選擇pH4~6的醋酸-醋酸鈉緩沖液，可增強配合物的螯合能力；檢測多巴胺時，選擇pH7.0的磷酸鹽緩沖液，可避免多巴胺的氧化降解。

電位掃描參數優化：調整循環伏安法的掃描速率、差分脈沖伏安法的脈沖幅度，可提升峰電流強度與峰形分辨率，例如，采用差分脈沖伏安法檢測Hg²⁺時，脈沖幅度為50mV、掃描速率為50mV/s時，信號靈敏度極高。

抗干擾策略實施：通過在電極表面修飾分子印跡膜，或加入掩蔽劑（如EDTA），可選擇性屏蔽干擾物質，例如，在檢測血清中多巴胺時，加入EDTA可掩蔽Fe³⁺、Cu²⁺等干擾離子，提升檢測選擇性。

四、現存挑戰與未來發展方向

1. 現存挑戰

實際樣品適應性差：復雜樣品（如血清、工業廢水）中的基質成分易吸附在電極表面，導致傳感器靈敏度下降、選擇性變差；

長期穩定性不足：M-8HQ配合物在強酸堿或高離子強度環境中易分解，限制了傳感器的實際應用；

規模化制備困難：納米復合材料的制備工藝復雜，批次間重復性差，難以實現工業化生產。

2. 未來發展方向

智能化傳感器構建：結合智能手機、物聯網技術，開發便攜式M-8HQ配合物電化學傳感器，實現現場快速檢測；

多目標物同時檢測：構建陣列式傳感器，利用不同M-8HQ配合物的特異性識別能力，實現多種污染物或生物標志物的同步檢測；

綠色制備工藝開發：采用微波合成、超聲合成等綠色方法制備M-8HQ配合物，降低制備成本與環境影響；

生物相容性提升：通過表面改性增強M-8HQ配合物的生物相容性，開發可植入式電化學傳感器，用于體內實時監測。

8-羥基喹啉金屬配合物憑借其靈活的結構可調性、優異的電活性與選擇性識別能力，在電化學傳感器領域展現出廣闊的應用前景。通過配合物結構調控、納米復合材料設計、電極界面優化等策略，可顯著提升傳感器的靈敏度、選擇性與穩定性，滿足環境監測、臨床診斷、食品檢測等多領域的檢測需求。未來，隨著材料科學與傳感技術的融合發展，M-8HQ配合物基電化學傳感器將向便攜式、智能化、多功能化方向邁進，為痕量分析提供更高效、更便捷的解決方案。

本文來源于黃驊市信諾立興精細化工股份有限公司官網 http://www.nycomed.com.cn/