La hipoclorito (ClO–) es un compuesto químico que se utiliza ampliamente en procesos de esterilización, desinfección y blanqueo gracias a sus potentes propiedades oxidantes. Sin embargo, la exposición prolongada a este compuesto puede suponer riesgos para la salud, además de contribuir a la contaminación ambiental si se descarga en exceso. La necesidad de un método rápido y sensible para identificar el ClO– se hace evidente, sobre todo tras la utilización de hipoclorito de calcio en la producción de perclorato de potasio o sodio, que se emplea en la fabricación de explosivos improvisados.
Los métodos de detección actuales del ClO– enfrentan diversos desafíos, como coeficientes de absorción molar bajos, desplazamientos de Stokes reducidos y una sensibilidad limitada, lo que restringe su eficacia en entornos complejos. En este contexto, los quimiosensores están ganando popularidad, ya que detectan analitos a través de reacciones químicas irreversibles, ofreciendo selectividad, alta sensibilidad y un diseño simple. Los compuestos con una estructura D-π-A (donador-π-aceptor) resultan prometedores para mejorar las señales de detección óptica mediante la modificación de sus propiedades electrónicas, mejorando así la visualización en la detección de ClO–.
Desarrollo de un nuevo sistema de detección
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Dou Xincun del Instituto Técnico de Física y Química de Xinjiang, perteneciente a la Academia China de Ciencias (CAS), ha desarrollado una estrategia para un sistema de detección cuantitativa de hipoclorito que se basa en la modulación precisa del desplazamiento de Stokes en quimiosensores D-π-A. Los hallazgos, publicados en la revista Analytical Chemistry, subrayan la importancia de ajustar la capacidad de liberación de electrones de los quimiosensores D-π-A para mejorar la reactividad del sitio de reconocimiento y aumentar la rapidez y sensibilidad de la respuesta hacia el analito objetivo.
En su estudio, los investigadores sintetizaron una serie de quimiosensores fluorescentes D-π-A (PA-TCF, DPA-TCF, TPA-TCF) basados en la reacción de acilo de Claisen−Schmidt. Utilizaron 2-(3-ciano-4,5,5-trimetilfurano-2(5H)-ilideno) malononitrilo (TCF) como grupo que retira electrones, modulando con precisión la fuerza de liberación de electrones (−PA > −DPA > −TPA) para generar un doble enlace insaturado como sitio de reconocimiento para el ClO–.
Los resultados mostraron que, a medida que la capacidad de liberación de electrones disminuía, la intensidad de fluorescencia de los quimiosensores también se reducía debido a la deslocalización de electrones π y al apilamiento π–π en el sistema conjugado. Además, la electrofilicidad del sitio de reconocimiento aumentó en 1.449 kcal/mol, lo que provocó un cambio en el modo de detección desde la atenuación de fluorescencia hacia la fluorescencia ratiométrica y, finalmente, hacia la mejora de la fluorescencia. El desplazamiento de Stokes del quimiosensor se incrementó a 201 nm, mejorando la resolución de los cambios en las señales ópticas perceptibles a simple vista.
Los tres quimiosensores D-π-A demostraron un rendimiento superior en la detección de ClO–, con límites de detección bajos (LOD) de 37.0, 5.1 y 1.0 nM, tiempos de respuesta rápidos de menos de cinco segundos y excelente selectividad en presencia de 16 interferentes diferentes. Además, considerando el rendimiento variable de los quimiosensores, el equipo desarrolló una plataforma de detección cuantitativa portátil de triple estándar para validar la aplicabilidad práctica de la estrategia de modulación del quimiosensor, lo que permite una detección rápida, in situ y cuantitativa de ClO– en solución, con tasas de error que oscilan entre el 9.5% y el 13.75%.
Este diseño innovador y la estrategia de regulación para quimiosensores se espera que proporcionen nuevas soluciones para mejorar la sensibilidad y la identificación rápida de oxidantes, así como metodologías avanzadas para la detección de peligros en trazas.
