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化学战剂（chemical warfare agent, CWA）是大规模的杀伤性武器之一，泛指在战场上使用的高毒性化学物质。化学战剂的种类繁多，通常为人工合成，特性为感官不易察觉、作用迅速并且具有易于传播的稳定性。这些化学战剂过去于战场上通常多以液体、气体或气溶胶的形式被大规模喷洒，导致死伤十分惨重，因此国际制定《化学武器公约》禁止其发展与使用。但由于化学战剂在制备、取得及运送上相对容易，因此成为恐怖组织用来造成群众恐慌的常见手段之一。

朱延和教授的研究团队近年致力于发展功能性离子液体结合压电石英微天秤（quartz crystal microbalance, QCM）的气相检测技术，利用离子液体低蒸汽压、高极性以及可设计等特性，实现了对各种挥发性有机化合物的专一性检测。该课题组报道了对化学战剂仿真物（CWA mimic）具有选择性的离子液体（AIL 1-6）的合成，并成功于试纸及QCM上进行化学战剂仿真物的定性与定量检测。

离子液体的结构

这一系列的离子液体是以偶氮芳香化合物作为发色团，透过建立具有亲核性的官能团使其能够与沙林试剂的模拟物氯磷酸二乙酯（diethyl chlorophosphate, DCP）进行亲核性取代反应。实验结果显示，含有偶氮吡啶结构的离子液体（AIL 1, 3, 4, 6）会在与DCP反应后因结构变化产生明显的颜色变化，而不具有吡啶结构的偶氮苯结构离子液体（AIL 2, 5）则没有以上特征。他们还通过核磁共振³¹P谱观察到反应中DCP的含量变化，从而监测AIL 1-6的反应性，并从中筛选出最佳的离子液体用于QCM。

以核磁共振³¹P谱比较AIL 1-6与DCP的反应性

QCM的主要功能是通过逆压电效应探测石英芯片上的质量变化，在提供稳定电压的条件下，石英芯片会产生一定的振动频率，该频率与石英芯片质量变化呈负线性相关。在QCM的分析实验中，朱延和教授团队选用AIL 4和AIL 5涂覆于石英芯片上，接着分别对沙林试剂的模拟物DCP与DMCP（dimethyl chlorophosphate）和常见的挥发性有机分子（甲醇、乙酸乙酯、丙酮等）进行分析。实验结果显示，涂覆AIL 4的芯片仅在含有DCP和DMCP气体的环境下具有明显的信号变化，表明AIL 4对两种气体具有良好的化学选择性，能够捕获DCP和DMCP气体并探测到芯片上的质量变化。

AIL 4、5对沙林试剂模拟物DCP与DMCP和常见挥发性有机分子进行QCM检测

除了DCP和DMCP之外，朱延和教授的研究团队也将注意力聚焦于其他可以透过亲核性取代反应进行检测的化学战剂仿真物，例如芥子气的模拟物（chloroethyl ethyl sulfide, CEES）。虽然在目前的实验中AIL 4对CEES的反应性还不足以在室温下进行气相QCM的分析，但通过将离子液体制备成试纸仍能够通过反应前后的颜色变化达到快速的定性检测。该技术与GC-MS或核磁共振光谱仪的检测方法相比更具有成本效益，对微量化学战剂的检测具有良好的潜力，通过离子液体的设计与开发，期望未来能够针对各种有害物质进行快速的识别，对恐怖分子的活动快速做出应变并保障大众的安全。

将离子液体制备成试纸对DCP及CEES进行检测

总结

朱延和教授课题组设计出具有偶氮吡啶结构的功能性离子液体，可选择性地与沙林试剂和芥子气的模拟物进行亲核性取代反应，反应后产生的颜色变化可用于化学战剂的快速检测。并且，该研究团队也通过这种亲和性的离子液体首次实现了利用压电石英微天秤对化学战剂的气相监测，该技术能够于常温下检测到微量沙林试剂模拟物DCP和DMCP。期望未来能够拓展亲合性离子液体的种类，对种类繁多的化学战剂进行更全面的检测。该工作发表在Analytical Chemistry 上。

该论文作者为：Chien-Yuan Chen, Kun-Hsien Li and Yen-Ho Chu

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Reaction-Based Detection of Chemical Warfare Agent Mimics with Affinity Ionic Liquids

Anal. Chem., 2018, 90, 8320, DOI: 10.1021/acs.analchem.8b01763

朱延和博士简介

朱延和，毕业于台湾清华大学化学系，美国哈佛大学化学系取得博士学位，在美国哈佛大学医学院与美国东北大学从事博士后研究，结束博士后研究后，于美国俄亥俄州立大学化学系任职助理教授，1999年回到台湾，受聘于中正大学化学暨生物化学系并服务至今。

研究领域：生物分子辨识、有机合成化学、离子液体

http://www.x-mol.com/university/faculty/38307

繁体中文版本

親和性離子液體對化學戰劑模擬物的檢測

化學戰劑（chemical warfare agent, CWA）是大規模的殺傷性武器之一，泛指在戰場上使用的高毒性化學物質。化學戰劑的種類繁多，通常為人工合成，特性為感官不易察覺、作用迅速並且具有易於傳播的穩定性。這些化學戰劑過去於戰場上通常多以液體、氣體或氣溶膠的形式被大規模噴灑，導致死傷十分慘重，因此國際制定《化學武器公約》禁止其發展與使用。但由於化學戰劑在製備、取得及運送上相對容易，因此成為恐怖組織用來造成群眾恐慌的常見手段之一。

朱延和教授的研究團隊近年致力於發展功能性離子液體結合壓電石英微天秤（quartz crystal microbalance, QCM）的氣相檢測技術，利用離子液體低蒸汽壓、高極性以及可設計等特性，實現了對各種揮發性有機化合物的專一性檢測。該課題組報導了對化學戰劑模擬物（CWA mimic）具有選擇性的離子液體（AIL 1-6）的合成，並成功於試紙及QCM上進行化學戰劑模擬物的定性與定量檢測。

離子液體的結構

這一系列的離子液體是以偶氮芳香化合物作為發色團，透過建立具有親核性的官能團使其能夠與沙林試劑的模擬物氯磷酸二乙酯（diethyl chlorophosphate, DCP）進行親核性取代反應。實驗結果顯示，含有偶氮吡啶結構的離子液體（AIL 1, 3, 4, 6）會在與DCP反應後因結構變化產生明顯的顏色變化，而不具有吡啶結構的偶氮苯結構離子液體（AIL 2, 5）則沒有以上特徵。他們還通過核磁共振³¹P譜觀察到反應中DCP的含量變化，從而監測AIL 1-6的反應性，並從中篩選出最佳的離子液體用於QCM。

以核磁共振³¹P譜比較AIL 1-6與DCP的反應性

QCM的主要功能是通過逆壓電效應探測石英晶片上的品質變化，在提供穩定電壓的條件下，石英晶片會產生一定的振動頻率，該頻率與石英晶片品質變化呈負線性相關。在QCM的分析實驗中，朱延和教授團隊選用AIL 4和AIL 5塗覆于石英晶片上，接著分別對沙林試劑的模擬物DCP與DMCP（dimethyl chlorophosphate）和常見的揮發性有機分子（甲醇、乙酸乙酯、丙酮等）進行分析。實驗結果顯示，塗覆AIL 4的晶片僅在含有DCP和DMCP氣體的環境下具有明顯的信號變化，表明AIL 4對兩種氣體具有良好的化學選擇性，能夠捕獲DCP和DMCP氣體並探測到晶片上的品質變化。

AIL 4、5對沙林試劑模擬物DCP與DMCP和常見揮發性有機分子進行QCM檢測

除了DCP和DMCP之外，朱延和教授的研究團隊也將注意力聚焦於其他可以透過親核性取代反應進行檢測的化學戰劑模擬物，例如芥子氣的模擬物（chloroethyl ethyl sulfide, CEES）。雖然在目前的實驗中AIL 4對CEES的反應性還不足以在室溫下進行氣相QCM的分析，但通過將離子液體製備成試紙仍能夠通過反應前後的顏色變化達到快速的定性檢測。該技術與GC-MS或核磁共振光譜儀的檢測方法相比更具有成本效益，對微量化學戰劑的檢測具有良好的潛力，通過離子液體的設計與開發，期望未來能夠針對各種有害物質進行快速的識別，對恐怖分子的活動快速做出應變並保障大眾的安全。

將離子液體製備成試紙對DCP及CEES進行檢測

總結

朱延和教授課題組設計出具有偶氮吡啶結構的功能性離子液體，可選擇性地與沙林試劑和芥子氣的模擬物進行親核性取代反應，反應後產生的顏色變化可用于化學戰劑的快速檢測。並且，該研究團隊也通過這種親和性的離子液體首次實現了利用壓電石英微天秤對化學戰劑的氣相監測，該技術能夠於常溫下檢測到微量沙林試劑模擬物DCP和DMCP。期望未來能夠拓展親合性離子液體的種類，對種類繁多的化學戰劑進行更全面的檢測。該工作發表在Analytical Chemistry 上。

朱延和博士簡介

朱延和，畢業於臺灣清華大學化學系，美國哈佛大學化學系取得博士學位，在美國哈佛大學醫學院與美國東北大學從事博士後研究，結束博士後研究後，於美國俄亥俄州立大學化學系任職助理教授，1999年回到臺灣，受聘于中正大學化學暨生物化學系並服務至今。

研究領域：生物分子辨識、有機合成化學、離子液體

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