重金属离子引起的严重疾病和环境污染已成为全球公共卫生的重大问题之一。汞被认为是一种高度危险的污染物，慢性汞中毒初期缺乏明显症状，主要为中枢神经机能障碍，表现为神经衰弱症。急性中毒主要发生于短期内吸入高浓度汞蒸气之后 ，数小时即可发病。它在食物链中的生物浓度来自化石燃料、城市废物和工业废物，包括钢铁工业、水泥工业、有色金属冶炼、黄金工业、氯碱工业和直接的汞生产工业。基于科学研究和风险，根据美国环境保护署(EPA)的评估，饮用水中的总汞限量为 2 μg·L^-1。欧盟(EU)规定，地表水中总汞含量不能超过 0.07 μg·L^-1。中国绿色行业标准规定中药中重金属限量 Hg²⁺≤5 mg·kg^-1。常见的饮品、中药中重金属中药重金属事件阻碍了中药的国际贸易。同时，重金属也会阻碍中药中有效成分的含量，在中药等饮料中检测到一定比例的重金属元素超标现象。卟啉作为一种大环共轭化合物，结构刚性强，电子离域强，改性后具有良好的紫外-可见吸收和荧光发射等光学性能。金属离子对卟啉环的荧光猝灭作用强于非金属卟啉。壳聚糖(CS)作为一种天然的生物聚合物，被广泛用作废水吸附剂，壳聚糖表面的氨基等官能团可以提供足够的活性位点捕获溶质，充分利用离子交换和络合反应。CS 具有良好的生物相容性、相容的成膜能力和对重金属的充分吸附位点，已成为一种有前景的膜材料。

本研究通过在壳聚糖氨基结构上接枝 TCPP 合成了 TCPP-CS，并通过静电纺丝法制备了卟啉功能化壳聚糖传感器(TCPP-CS 传感器)。Hg²⁺作为一种敏感的比色传感器，可提供快速、选择性、灵敏的检测，在其他竞争性金属离子存在时具有显著的视觉颜色，范围从棕色到黄绿色。FTIR 和 UV-Vis 光谱进一步证实了卟啉- Hg²⁺复合物的形成。在水中 Hg²⁺吸附过程中，Langmuir 模型能较好地描述等温吸附机理，拟合的准二级吸附动力学较好，验证了该光学传感器具有实际可用性。该传感器在 3.0~11.0 的宽 pH 范围内显色良好，对Hg²⁺的可视检测限为 1×10^-5 mol·L-1，可用于水样中痕量 Hg²⁺的测定。该传感器适用于广泛的酸和碱性环境，更广泛地应用于大黄、黄连、茶、金银花、咖啡、白酒和啤酒溶液的实际应用，该检测器选择壳聚糖作为基体材料，具有可降解的环境友好性能。简单、低成本的Hg²⁺传感器为中药汤剂及饮料中重金属的检测和去除提供了新的方向。

Fig. 1. 图形摘要。

Fig. 2. 反应机理图。

Fig. 3. 传感器表征图。(a) 传感器的红外表征。(b) 传感器的 XPS 光谱。(c) 传感器- Hg 的XPS 光谱。(d) 传感器的 C1s XPS 图。(e) 传感器 Hg 的 C1s XPS 图。(f）传感器 N1s XPS图。(g) 传感器- Hg 的 N1s XPS 图。(h) Hg 4f。(i) 孔径分布。

Fig. 4. TCPP-CS 传感器的显色研究。(a) 选择性。(b) 检测限。(c) 反应时间。(d) pH 效应。(e) 不同重金属的 UV-Vis。(f) 不同 Hg²⁺浓度的 UV-Vis。

Fig. 5. Hg²⁺在水煎液、饮料中的显色作用及吸附效果。(a) 不同混合溶液中的膜着色。(b) pH效应。(c) 动力学吸附曲线。(d) 等温吸附曲线。

马亚飞 华北理工大学 mayafei2022@126.com， 硕士期间加入郭越新课题组，研究方向为药物膜分离技术，主要进行中药水煎液中重金属去除工作。

刘新满 华北理工大学 lxm15027686820@163.com。

付志萍 华北理工大学 fzy136135154@126.com。

张丽芬 天津师范学院 zhanglifen_lucky@163.com。

郭越新 华北理工大学 yuexinguo@126.com，华北理工大学副教授，硕士生导师，一直从事膜分离材料的制备与应用，单原子膜催化方面研究。

王辉 华北理工大学 wanghui@ncst.edu.cn。

贾志谦 北京师范大学 zhqjia@bnu.edu.cn， 北京师范大学化学学院教授，博士生导师，从事分离膜制备与性能研究。包括分离膜设计-新颖制备-结构调控-分离机理-应用性能等研究。

Ma Y, Liu X, Fu Z, et al. Sensitive and environmental friendly sensor on porphyrin functionalized chitosan fiber membrane for Hg²⁺. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6890-0.