8-羥基喹啉（8-HQ）是一種兼具絡合識別能力與電化學活性的有機試劑，其分子結構中的羥基氧與喹啉環氮原子可作為雙配位位點，與多種金屬離子形成穩定的五元螯合環。在電化學分析領域，8-羥基喹啉不僅可作為金屬離子的絡合指示劑，通過電極表面的絡合-氧化還原反應實現金屬離子的定量檢測，還可通過化學修飾的方式固定于電極表面，構建高選擇性、高靈敏度的電化學傳感器，廣泛應用于環境、食品、生物醫藥等領域的痕量金屬離子分析。

一、在電化學檢測金屬離子中的作用機制

8-羥基喹啉在電化學檢測中的核心作用源于其金屬離子絡合特性與自身的電化學活性，二者結合可實現對目標金屬離子的選擇性識別與信號放大。

1. 絡合識別機制

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⁺）形成穩定的螯合物，絡合比通常為1:2或1:3，螯合物的穩定常數較高（如與Cu²⁺絡合的穩定常數lgK≈18.8）。當8-羥基喹啉與金屬離子絡合后，會改變電極表面的電荷分布與電子傳遞效率，使電化學信號（如氧化峰電流、還原峰電流、電位偏移）發生顯著變化，且信號變化程度與金屬離子濃度呈良好的線性關系，以此實現定量檢測。

2. 電化學活性機制

游離態的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生氧化反應生成醌式結構，產生明顯的氧化峰；而當8-羥基喹啉與金屬離子絡合后，螯合物的分子構型剛性增強，電子傳遞阻力改變，導致氧化峰電位發生偏移、峰電流強度變化。此外，部分金屬離子螯合物自身也具有電化學活性，如8-羥基喹啉-Cu²⁺螯合物可在-0.2~0.6 V（vs. SCE）電位區間內出現特征還原峰，還原峰電流與Cu²⁺濃度正相關，可直接用于Cu²⁺的定量分析。

二、在電化學分析法中的典型應用

基于8-羥基喹啉的絡合與電化學特性，其在電位分析法、伏安分析法等主流電化學檢測技術中均有重要應用，可實現對不同金屬離子的高選擇性檢測。

1. 電位分析法中的應用

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8-羥基喹啉與Zn²⁺的絡合-解離平衡，實現對溶液中Zn²⁺活度的響應，電極的線性響應范圍可達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、響應快速，適用于環境水樣中Zn²⁺的現場快速檢測。

2. 伏安分析法中的應用

伏安分析法（如差分脈沖伏安法、循環伏安法、溶出伏安法）是8-羥基喹啉應用廣泛的電化學檢測技術，核心在于通過絡合反應富集目標金屬離子，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，使其與金屬離子絡合，隨后在負電位下將絡合物電沉積于電極表面，實現金屬離子的富集；再通過正向電位掃描，使沉積的金屬離子溶出，產生特征溶出峰，峰電流與金屬離子濃度呈線性關系。8-羥基喹啉的絡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個數量級，檢測限可達納克每升級別。

差分脈沖伏安法：對于具有電化學活性的金屬螯合物，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與性能優化

游離態的8-羥基喹啉在溶液中易流失，且與電極表面的結合力弱，導致檢測穩定性差、重現性不佳。通過電極修飾技術將8-羥基喹啉固定于電極表面，構建化學修飾電極，可顯著提升傳感器的選擇性、靈敏度與穩定性，這是8-羥基喹啉在電化學檢測領域的核心發展方向。

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；化學吸附法則基于電極表面的活性基團（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。該方法操作簡便，但修飾層穩定性較差，適用于短期檢測。

共價鍵合法修飾

通過化學反應將8-羥基喹啉以共價鍵形式連接于電極表面，是提升修飾層穩定性的關鍵方法。首先對電極表面進行活化處理，如玻碳電極可通過電化學氧化引入羧基（-COOH）或羥基（-OH），再利用縮合反應將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合，形成穩定的酰胺鍵。共價鍵合修飾的電極穩定性優異，可重復使用數十次，且抗干擾能力強。

復合膜修飾法

將8-羥基喹啉與導電材料（如石墨烯、碳納米管）、聚合物（如聚吡咯、殼聚糖）復合，制備復合修飾膜。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，二者協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修飾層的穩定性，同時其多孔結構有利于金屬離子的擴散與絡合。

2. 修飾電極的性能優化策略

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

增強絡合選擇性：對8-羥基喹啉進行分子修飾，引入特異性識別基團（如冠醚、磺酸基），或調控修飾層的微環境（如pH值、離子強度），實現對特定金屬離子的靶向識別，減少干擾離子的影響。

優化修飾層厚度：修飾層過厚會阻礙金屬離子與8-羥基喹啉的絡合反應，且增加電子傳遞距離；過薄則導致識別位點不足，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，優化修飾層厚度，通常修飾層厚度控制在納米級至微米級。

四、應用前景與局限性

基于8-羥基喹啉的電化學傳感器兼具高靈敏度與高選擇性，在痕量金屬離子檢測領域具有廣闊的應用前景，未來可向多離子同時檢測、在線實時監測方向發展，例如通過制備陣列式修飾電極，實現對Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺等多種重金屬離子的同步檢測；結合微流控技術，構建微型化電化學傳感器，用于現場快速檢測。

但該技術也存在一定局限性：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；二是共價鍵合等修飾方法操作復雜，不利于規模化制備；三是修飾電極的長期穩定性有待提升，易受溶液基質、溫度等因素影響。通過分子設計開發高選擇性8-羥基喹啉衍生物、優化修飾工藝、結合新型納米材料，可逐步解決這些問題，推動基于8-羥基喹啉的電化學檢測技術的進一步發展。

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.gzxinhe.com/