汞及其化合物在环境中的积累严重威胁生态系统和人类健康。水溶性Hg2+由于具有高生物利用度和强毒性而特别危险[1]、[2]、[3]。它通过食物链在人体内积累，即使是在微量水平下也会产生累积毒性[4]。因此，开发快速且高灵敏度的Hg2+检测方法对于环境监测和食品安全至关重要（Bonemann等人，2021年）。
比色传感已成为评估Hg2+的有效方法，因其具有视觉读取、分析快速、成本效益高、实时监测和设备要求低的优点[5]、[6]。在各种用于比色传感系统的显色底物中，3,3’，5,5’-四甲基联苯胺（TMB）因其高灵敏度、良好稳定性和安全性而最常被使用[7]、[8]、[9]、[10]。这些特性使得TMB在Hg2+比色传感器的开发中受到广泛关注。此前，研究人员已对金属离子（包括Ag+、Cu2+、Hg2+等）与TMB在无酶和无H2O2条件下的相互作用进行了大量研究[7]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]。值得注意的是，还报道了Hg2+与TMB之间的直接氧化还原反应。例如，刘等人开发了一种基于TMB的比色传感器阵列，检测限（LOD）为0.19 μM[17]；而张等人通过TMB与Hg2+之间的直接反应实现了Hg2+的检测，但其LOD相对较高（10 μM），且颜色发展时间为70分钟[16]。这些研究表明，在无酶和无H2O2条件下使用TMB直接检测Hg2+存在局限性，如颜色发展缓慢和灵敏度低。
为了解决这些问题，研究人员开发了一系列基于纳米酶催化的TMB显色的新分析方法[8]、[18]、[19]、[20]。这些方法的检测机制主要依赖于纳米酶的过氧化物酶样或氧化酶样活性，它们可以利用H2O2或溶解氧催化TMB氧化生成蓝色氧化TMB[9]、[21]、[22]。基于这种比色机制，研究人员成功开发了多种纳米平台，包括基于贵金属的[23]、非金属的[24]和混合纳米材料[25]，实现了高灵敏度的Hg2+检测。然而，这些基于纳米酶的间接TMB比色系统仍存在固有局限性。例如，纳米酶具有高比表面积和表面能，容易在水溶液中聚集[26]、[27]，这导致胶体稳定性和分散性差，从而使部分表面活性位点被屏蔽，从而降低其在H2O2分解和TMB氧化为氧化TMB过程中的催化效率[24]。此外，具有过氧化物酶样活性的纳米酶需要额外添加H2O2作为共底物来启动显色反应；然而H2O2在室温下不稳定且容易分解，可能影响检测的重现性和灵敏度。此外，TMB的水溶性差，因此需要有机溶剂来溶解[7]。同时，有机溶剂中的TMB容易流失，使用前需重新制备，不利于长期稳定存储[28]。总之，这些间接系统的反应机制通常涉及多步骤过程，包括H2O2的激活和随后的TMB氧化，可能导致颜色响应缓慢，从而限制了其在快速现场分析中的应用。因此，实现TMB与Hg2+在水溶液中的直接反应是一种新的替代方法，符合快速检测的需求。为此，需要设计一种能够在水溶液中溶解TMB并实现Hg2+检测的介质。
离子液体（ILs）被广泛用作可调节的溶剂，用于溶解和处理多种材料，应用于分析传感和食品安全等领域[29]、[30]。陶等人使用1-甲基-3-辛基咪唑溴化物IL溶解共价有机框架（COFs），解决了COFs在有机溶剂中分散性差和加工性不佳的问题[31]。此外，他们还使用基于咪唑的IL通过氢键和π-π相互作用溶解难溶于水的多环芳烃[11]、[32]、[33]、[34]、[35]、[36]、[37]。鉴于这些化合物与TMB的结构相似性，咪唑基IL被用于促进TMB的溶解，从而无需外加纳米酶或H2O2即可实现Hg2+检测。这种方法可实现快速的颜色发展，具有高灵敏度和良好的稳定性，并允许均匀地固定在纸基载体上，适用于食品安全和环境监测中的快速现场分析。
鉴于这些化合物与TMB的结构相似性，本研究中采用咪唑基IL来提高TMB的溶解度，从而实现Hg2+的检测（见图1）。π-π相互作用和电荷辅助氢键（CAHB）有望提高TMB在水中的溶解度。此外，氧化的氧化TMB以阳离子形式存在。CAHB和静电相互作用可能促进TMB的氧化（电子损失）和氧化TMB的富集，从而加快比色响应速度。这种替代策略旨在解决基于TMB检测的两个关键问题：依赖有机溶剂进行溶解以及需要纳米酶或H2O2来触发显色反应。本研究构建了一种[EMIM][MS] IL系统，其中用短烷基链改性的咪唑阳离子通过π-π相互作用和CAHB提高TMB的溶解度。阴离子是一种经过合理设计的带电氢键受体，具有优化的丰度。阳离子和阴离子之间的协同效应不仅显著提高了TMB的水溶性，还通过CAHB和静电富集促进了显色反应。该系统在实际应用相关的pH范围内表现出优异的性能，无需有机溶剂、外源性H2O2或纳米酶。
