8-羥基喹啉（8-HQ）是一種兼具絡(luò)合識別能力與電化學(xué)活性的有機(jī)試劑，其分子結(jié)構(gòu)中的羥基氧與喹啉環(huán)氮原子可作為雙配位位點(diǎn)，與多種金屬離子形成穩(wěn)定的五元螯合環(huán)。在電化學(xué)分析領(lǐng)域，8-羥基喹啉不僅可作為金屬離子的絡(luò)合指示劑，通過電極表面的絡(luò)合-氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)金屬離子的定量檢測，還可通過化學(xué)修飾的方式固定于電極表面，構(gòu)建高選擇性、高靈敏度的電化學(xué)傳感器，廣泛應(yīng)用于環(huán)境、食品、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的痕量金屬離子分析。

一、在電化學(xué)檢測金屬離子中的作用機(jī)制

8-羥基喹啉在電化學(xué)檢測中的核心作用源于其金屬離子絡(luò)合特性與自身的電化學(xué)活性，二者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)金屬離子的選擇性識別與信號放大。

1. 絡(luò)合識別機(jī)制

8-羥基喹啉的O、N雙配位原子可與過渡金屬離子（如Cu²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺）、稀土金屬離子（如La³⁺、Eu³⁺）形成穩(wěn)定的螯合物，絡(luò)合比通常為1:2或1:3，螯合物的穩(wěn)定常數(shù)較高（如與Cu²⁺絡(luò)合的穩(wěn)定常數(shù)lgK≈18.8）。當(dāng)8-羥基喹啉與金屬離子絡(luò)合后，會改變電極表面的電荷分布與電子傳遞效率，使電化學(xué)信號（如氧化峰電流、還原峰電流、電位偏移）發(fā)生顯著變化，且信號變化程度與金屬離子濃度呈良好的線性關(guān)系，以此實(shí)現(xiàn)定量檢測。

2. 電化學(xué)活性機(jī)制

游離態(tài)的8-羥基喹啉在電極表面具有特征氧化還原行為，其酚羥基可在一定電位下發(fā)生氧化反應(yīng)生成醌式結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生明顯的氧化峰；而當(dāng)8-羥基喹啉與金屬離子絡(luò)合后，螯合物的分子構(gòu)型剛性增強(qiáng)，電子傳遞阻力改變，導(dǎo)致氧化峰電位發(fā)生偏移、峰電流強(qiáng)度變化。此外，部分金屬離子螯合物自身也具有電化學(xué)活性，如8-羥基喹啉-Cu²⁺螯合物可在-0.2~0.6 V（vs. SCE）電位區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)特征還原峰，還原峰電流與Cu²⁺濃度正相關(guān)，可直接用于Cu²⁺的定量分析。

二、在電化學(xué)分析法中的典型應(yīng)用

基于8-羥基喹啉的絡(luò)合與電化學(xué)特性，其在電位分析法、伏安分析法等主流電化學(xué)檢測技術(shù)中均有重要應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對不同金屬離子的高選擇性檢測。

1. 電位分析法中的應(yīng)用

在離子選擇性電極（ISE）中，8-羥基喹啉可作為離子載體嵌入電極的敏感膜中，利用其對特定金屬離子的絡(luò)合選擇性，制備高選擇性離子電極。例如，以8-羥基喹啉為載體的PVC膜Zn²⁺選擇性電極，可通過膜內(nèi)8-羥基喹啉與Zn²⁺的絡(luò)合-解離平衡，實(shí)現(xiàn)對溶液中Zn²⁺活度的響應(yīng)，電極的線性響應(yīng)范圍可達(dá)10⁻⁶~10⁻¹mol/L，檢測限低至5×10⁻⁷mol/L，且不受Na⁺、K⁺等堿金屬離子的干擾。這類電極操作簡便、響應(yīng)快速，適用于環(huán)境水樣中Zn²⁺的現(xiàn)場快速檢測。

2. 伏安分析法中的應(yīng)用

伏安分析法（如差分脈沖伏安法、循環(huán)伏安法、溶出伏安法）是8-羥基喹啉應(yīng)用廣泛的電化學(xué)檢測技術(shù)，核心在于通過絡(luò)合反應(yīng)富集目標(biāo)金屬離子，提升檢測靈敏度。

溶出伏安法：在檢測重金屬離子（如Pb²⁺、Cd²⁺）時，向樣品溶液中加入8-羥基喹啉，使其與金屬離子絡(luò)合，隨后在負(fù)電位下將絡(luò)合物電沉積于電極表面，實(shí)現(xiàn)金屬離子的富集；再通過正向電位掃描，使沉積的金屬離子溶出，產(chǎn)生特征溶出峰，峰電流與金屬離子濃度呈線性關(guān)系。8-羥基喹啉的絡(luò)合作用可大幅提升金屬離子的沉積效率，使檢測靈敏度提升1~2個數(shù)量級，檢測限可達(dá)納克每升級別。

差分脈沖伏安法：對于具有電化學(xué)活性的金屬螯合物，可直接采用差分脈沖伏安法檢測。例如，在pH 4.5的乙酸-乙酸鈉緩沖體系中，8-羥基喹啉與Cu²⁺形成的螯合物在玻碳電極表面產(chǎn)生特征還原峰，峰電流隨Cu²⁺濃度升高而線性增大，線性范圍為0.01~1.0μmol/L，適用于食品樣品中痕量Cu²⁺的檢測。

三、基于8-羥基喹啉的電極修飾技術(shù)與性能優(yōu)化

游離態(tài)的8-羥基喹啉在溶液中易流失，且與電極表面的結(jié)合力弱，導(dǎo)致檢測穩(wěn)定性差、重現(xiàn)性不佳。通過電極修飾技術(shù)將8-羥基喹啉固定于電極表面，構(gòu)建化學(xué)修飾電極，可顯著提升傳感器的選擇性、靈敏度與穩(wěn)定性，這是8-羥基喹啉在電化學(xué)檢測領(lǐng)域的核心發(fā)展方向。

1. 常見電極修飾方法

吸附法修飾

利用物理吸附或化學(xué)吸附作用，將8-羥基喹啉固定于電極表面。物理吸附法通常將電極浸泡在8-羥基喹啉的乙醇溶液中，通過疏水作用與范德華力使8-羥基喹啉吸附于電極表面；化學(xué)吸附法則基于電極表面的活性基團(tuán)（如羥基、羧基）與8-羥基喹啉的酚羥基形成氫鍵，或通過π-π堆積作用吸附喹啉環(huán)。該方法操作簡便，但修飾層穩(wěn)定性較差，適用于短期檢測。

共價(jià)鍵合法修飾

通過化學(xué)反應(yīng)將8-羥基喹啉以共價(jià)鍵形式連接于電極表面，是提升修飾層穩(wěn)定性的關(guān)鍵方法。首先對電極表面進(jìn)行活化處理，如玻碳電極可通過電化學(xué)氧化引入羧基（-COOH）或羥基（-OH），再利用縮合反應(yīng)將8-羥基喹啉的氨基衍生物（如7-氨基-8-羥基喹啉）與電極表面的羧基結(jié)合，形成穩(wěn)定的酰胺鍵。共價(jià)鍵合修飾的電極穩(wěn)定性優(yōu)異，可重復(fù)使用數(shù)十次，且抗干擾能力強(qiáng)。

復(fù)合膜修飾法

將8-羥基喹啉與導(dǎo)電材料（如石墨烯、碳納米管）、聚合物（如聚吡咯、殼聚糖）復(fù)合，制備復(fù)合修飾膜。例如，將8-羥基喹啉與石墨烯分散液混合后滴涂于電極表面，石墨烯的高導(dǎo)電性可加速電子傳遞，8-羥基喹啉則提供金屬離子識別位點(diǎn)，二者協(xié)同作用使檢測靈敏度大幅提升；將8-羥基喹啉嵌入殼聚糖膜中，殼聚糖的成膜性與生物相容性可增強(qiáng)修飾層的穩(wěn)定性，同時其多孔結(jié)構(gòu)有利于金屬離子的擴(kuò)散與絡(luò)合。

2. 修飾電極的性能優(yōu)化策略

提升電子傳遞效率：選用高導(dǎo)電基底材料（如石墨烯/玻碳復(fù)合電極、金納米粒子修飾電極），或在修飾層中摻入導(dǎo)電填料（如碳納米管、金屬納米顆粒），降低電極表面的電子傳遞阻力，增強(qiáng)電化學(xué)信號響應(yīng)。

增強(qiáng)絡(luò)合選擇性：對8-羥基喹啉進(jìn)行分子修飾，引入特異性識別基團(tuán)（如冠醚、磺酸基），或調(diào)控修飾層的微環(huán)境（如pH值、離子強(qiáng)度），實(shí)現(xiàn)對特定金屬離子的靶向識別，減少干擾離子的影響。

優(yōu)化修飾層厚度：修飾層過厚會阻礙金屬離子與8-羥基喹啉的絡(luò)合反應(yīng)，且增加電子傳遞距離；過薄則導(dǎo)致識別位點(diǎn)不足，靈敏度下降。需通過控制修飾液濃度、滴涂體積、吸附時間等參數(shù)，優(yōu)化修飾層厚度，通常修飾層厚度控制在納米級至微米級。

四、應(yīng)用前景與局限性

基于8-羥基喹啉的電化學(xué)傳感器兼具高靈敏度與高選擇性，在痕量金屬離子檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，未來可向多離子同時檢測、在線實(shí)時監(jiān)測方向發(fā)展，例如通過制備陣列式修飾電極，實(shí)現(xiàn)對Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺等多種重金屬離子的同步檢測；結(jié)合微流控技術(shù)，構(gòu)建微型化電化學(xué)傳感器，用于現(xiàn)場快速檢測。

但該技術(shù)也存在一定局限性：一是8-羥基喹啉對部分金屬離子的選擇性不足，易受共存離子干擾；二是共價(jià)鍵合等修飾方法操作復(fù)雜，不利于規(guī)?；苽洌蝗切揎楇姌O的長期穩(wěn)定性有待提升，易受溶液基質(zhì)、溫度等因素影響。通過分子設(shè)計(jì)開發(fā)高選擇性8-羥基喹啉衍生物、優(yōu)化修飾工藝、結(jié)合新型納米材料，可逐步解決這些問題，推動基于8-羥基喹啉的電化學(xué)檢測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

本文來源于黃驊市信諾立興精細(xì)化工股份有限公司官網(wǎng) http://www.gdctc.cn/