CN102020985A - 一种新型树枝状荧光化学传感器的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种树枝状荧光化学传感器的制备方法及用于样品中Fe³⁺的检测方法。主要技术特征是：首先由氨基乙醛二甲基缩醛，丙烯酸甲酯，乙二胺在甲醇介质中，氩气保护，在55～65℃的温度下反应24～30h，得树枝状化合物，再以4-羟基苯甲醛为交联剂使树枝状化合物与罗丹明B酰肼在甲醇介质中，氩气保护下，室温、避光反应48～58h，过滤洗涤，得树枝状荧光化学传感器。在pH值6.8～7.5的Tris-HCl缓冲溶液中，在乙醇+水的介质中，利用荧光光度计测定各种样品中Fe³⁺含量。其线性范围是0～10.0μg·mL^-1，检出限为0.026μg·mL^-1，其灵敏性和选择性在分析化学中具有重要价值。

Description

一种新型树枝状荧光化学传感器的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种新型树枝状荧光化学传感器的制备方法及其在测定中的应用，特别涉及一种对Fe³⁺具有特异性的荧光化学传感器的制备方法及应用，属于分析测试领域。

背景技术

化学传感器以光学或电子传导元素作为识别单元，已经在探测特定物质的分析技术中得到广泛的应用。在众多的传感器中，荧光传感器以其灵敏性高、使用方便等优点备受人们的关注，近年来的到迅速的发展。树枝状荧光化学传感器是将荧光染料引入树枝状化合物端基的一类化合物，其具有特定的空间、立体的结构，具有良好的稳定性及光谱特征。

随着超分子化学的发展，分子识别在合成化学、生命科学、分析化学、信息科学及材料科学中起着越来越重要的作用。分子识别是指分子之间(主体与客体或称之为受体与底物)靠非共价键力的选择性结合并产生某种特定功能的过程。为了使分子识别所包含的信息简单而有效地向外传递，可通过巧妙设计的分子器件所发出的光学信号来表达这种信息。由于荧光检测技术具有方便快捷、灵敏度高、选择性好等优点，大量的工作集中于设计并合成能够将分子识别事件通过分子的荧光信号有效表达复杂荧光分子，这些分子也就是所谓的荧光化学传感器(fluorescent chemosensor)。荧光化学传感器技术在农业、工业和生物环境参数检测中起着十分重要的作用，是现代信息科学技术中的一个重要领域，是捕捉信息的主要手段。

而识别铁离子的荧光化学传感器，在生物化学和分析化学研究中也具有重要意义。铁是血红蛋白、肌球蛋白和细胞色素中的重要成分，能传递氧，又能促进脂肪氧化，是人体必需的微量金属元素之一。研究表明，缺铁会引起缺铁性贫血、溶血性贫血和再生障碍性贫血，缺铁性贫血使人四肢无力、气喘，据世界卫生组织调查，缺铁性贫血几乎遍及全球，占世界人口10％～20％，为此，各国政府部门非常重视，采取了不少有效措施以改善国民的摄铁的环境，如在人们日常必需的食品中添加微量铁。所以说，准确快速检测各种食品、水中和生理样品中铁离子的含量非常重要。采用荧光化学传感器识别Fe³⁺近年来在文献中有所报道。例如，(1)Shinhyo Bae，Jinsung Tae(Tetrahedron Letters，2007，48，5389-5392)和(2)彭文毫等(化学试剂，2009，31(6)，427～430)都报道了合成新的荧光化学传感器识别Fe³⁺。在(1)的报道中，只是对罗丹明B进行水合肼的简单改性，其选择性比较高，但灵敏度不甚理想；在(2)报道中，荧光化学传感器的设计合成涉及的合成原料价格较高、反应步骤多和反应后处理复杂等问题。以合成荧光化学传感器来识别Fe³⁺的专利还未见报道。而本发明所涉及的合成一种新型的树枝状荧光化学传感器，所用的原料易得价格便宜、合成方法简单、反应条件容易控制，经过简单的处理后处理就能得到高纯的产物，产物的识别位点多，量子产率高，因此，其灵敏度高、选择性好，因而可以作为新型荧光化学传感器的筛选。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种树枝状荧光化学传感器的制备方法和对Fe³⁺识别检测方法。

树枝状荧光化学传感器以罗丹明B酰肼为荧光活性点与树枝状化合物连接其结构式为：

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种树枝状荧光化学传感器的制备方法，特征在于该方法具有以下工艺步骤：

(1)罗丹明B酰肼(RBH)的合成：在反应器中加入罗丹明B，以10倍乙醇溶解，逐滴加入水合肼，按罗丹明B：水合肼的摩尔比为1∶(18～22)比例加入，常温下用力振荡。将该混合物加热回流搅拌2～4h。蒸去溶剂乙醇，冷却至室温，并静置30min。用1mol·L^-1HCl溶解，再用1mol·L^-1NaOH溶液调到pH约为7，振荡，静置，有砖红色沉淀析出，减压过滤，用蒸馏水洗涤多次，干燥，得到罗丹明B酰肼。

(2)化合物1的合成：将氨基乙醛二甲基缩醛于反应器中加入甲醇溶解，搅拌均匀，加入丙烯酸甲酯，(加入量按如下组成质量百分比加入，氨基乙醛二甲基缩醛：6～10％；甲醇：75～85％；丙烯酸甲酯：20～30％)，加入完毕后，在55～65℃的温度下反应24～30h，减压蒸除溶剂，对残留物进行柱层析(展开剂用石油醚)分离，得到化合物1。

(3)化合物2的合成：取化合物1于反应器中加入甲醇溶解，搅拌均匀，加入乙二胺，(加入量按如下组成质量百分比加入，化合物1：5～8％；甲醇：75～90％；乙二胺：8～12％)，加入完毕后，搅拌均匀，在氩气保护下，室温、避光反应48～56h，减压蒸溜除去过量的乙二胺，得到第一代树枝状化合物2。

(4)树枝状荧光化学传感器的合成：取化合物2和4-羟基苯甲醛于反应器中加入甲醇溶解，搅拌均匀，加入罗丹明B酰肼，(加入量按如下组成质量百分比加入，化合物2：1.0～3.0％；4-羟基苯甲醛：3.0～8.0％；甲醇：85～95％；罗丹明B酰肼：0.8～2.0％)，加入完毕后，搅拌均匀，在氩气保护下，室温、避光反应48～58h，过滤洗涤，得到树枝状荧光化学传感器。

本发明的另一个目的是提供树枝状荧光化学传感器的检测方法：传感Fe³⁺时，采用荧光方法检测，其具体方法的步骤如下：

(1)将树枝状荧光化学传感器用乙醇配成1.0×10^-5mol·L^-1的溶液；用0.1mol·L^-1的三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶液与适量0.1mol·L^-1的HCl溶液配成pH为6.8～7.5的缓冲溶液，将上述两种溶液按体积比1∶2混合，得到溶液A。

(2)用移液管移取上述溶液3.00mL于10mL的比色管中，依次分别加入1～10μg Fe³⁺的标准溶液，用乙醇+水(V/V＝1∶5)稀释至刻度，摇匀，放置15min后，于580nm处进行荧光强度的测定，荧光强度随Fe³⁺浓度增大而逐渐增强。

(3)样品中Fe³⁺的测定，是将样品处理成溶液按步骤(2)进行。

本发明的优点及效果是：

本发明获得树枝状荧光化学传感器合成方法简单、反应条件容易控制，得到的化合物具有特定空间、立体结构的新的化合物，具有良好的稳定性和荧光特性；本发明提供树枝状荧光化学传感器对样品中Fe³⁺具有特异的识别特性，测定Fe³⁺时其他金属离子和无机盐类不干扰，其线性范围是0～10.0μg·mL^-1，检出限是0.026μg·mL^-1；本发明提供树枝状荧光化学传感器具有传感快捷、灵敏、不含毒性溶剂等。

附图说明

图1树枝状荧光化学传感器与各种离子作用的荧光强度比较

(纵坐标I_F为荧光强度，测定条件与检测方法一致，横坐标中：1.空白，2.Fe³⁺，3.Hg²⁺，4.Fe²⁺，5.Cu²⁺，6.pb²⁺，7.Ca²⁺，8.Zn²⁺，9.Co²⁺，10.Ni²⁺，11.Cd²⁺，12.Mn²⁺，13.Ag⁺，14.Mg²⁺，15.Ba²⁺，16.Na⁺，17.K⁺。)

具体实施方式

实施例1

(1)罗丹明B酰肼(RBH)的合成：在100mL圆底烧瓶中加入1.2g罗丹明B，以30mL无水乙醇完全溶解。移取3.0mL的85％的水合肼，逐滴加到圆底烧瓶中，常温下用力振荡。将该混合物加热搅拌回流2h。蒸去溶剂乙醇，冷却至室温，并静置30min。用50mL 1mol·L^-1HCl溶解该混合物中，得到深红色的澄清溶液。再缓慢加入约70mL 1mol·L^-1NaOH，至溶液的pH约为7，振荡，静置，有砖红色沉淀析出，减压过滤，用蒸馏水洗涤多次，干燥，得到罗丹明B酰肼。于干燥器中保存备用，产率75％。

(2)化合物1的合成：将3.2g(30mmol)氨基乙醛二甲基缩醛及30mL甲醇置于50mL圆底烧瓶中，搅拌均匀，加入10g丙烯酸甲酯，在温度55℃的条件下反应30h，停止反应，减压蒸除溶剂，对残留物进行柱层析(展开剂用石油醚)分离，得到化合物1。

(3)化合物2的合成：取2.0g化合物1溶于30mL甲醇，加入3.0g 乙二胺，置于50mL反应瓶中，在氩气保护下，室温、避光反应52h，减压蒸溜除去过量的乙二胺，得到第一代树枝状化合物2。

(4)树枝状荧光化学传感器的合成：取130mg化合物2、30mg 4-羟基苯甲醛及50mg罗丹明B酰肼溶于50mL甲醇溶液中，置于圆底烧瓶中，在氩气保护下，室温、避光反应55h，过滤洗涤，得到树枝状荧光化学传感器。

实施例2

(1)罗丹明B酰肼(RBH)的合成：在100mL圆底烧瓶中加入1.2g罗丹明B，以30mL无水乙醇完全溶解。移取3.0mL的85％的水合肼，逐滴加到圆底烧瓶中，常温下用力振荡。将该混合物加热搅拌回流2h。蒸去溶剂乙醇，冷却至室温，并静置30min。用50mL 1mol·L^-1HCl溶解该混合物中，得到深红色的澄清溶液。再缓慢加入约70mL 1mol·L^-1NaOH，至溶液的pH约为7，振荡，静置，有砖红色沉淀析出，减压过滤，用蒸馏水洗涤多次，干燥，得到罗丹明B酰肼。于干燥器中保存备用，产率75％。

(2)化合物1的合成：将3.2g(30mmol)氨基乙醛二甲基缩醛及30mL甲醇置于50mL圆底烧瓶中，搅拌均匀，加入10g丙烯酸甲酯，在温度60℃的条件下反应26h，停止反应，减压蒸除溶剂，对残留物进行柱层析(展开剂用石油醚)分离，得到化合物1。

(3)化合物2的合成：取1.0g化合物1溶于15mL甲醇，加入1.5g 乙二胺，置于30mL反应瓶中，在氩气保护下，室温、避光反应48h，减压蒸溜除去过量的乙二胺，得到第一代树枝状化合物2。

(4)树枝状荧光化学传感器的合成：取65mg化合物2、12mg 4-羟基苯甲醛及25mg罗丹明B酰肼溶于30mL甲醇溶液中，置于圆底烧瓶中，在氩气保护下，室温、避光反应48h，过滤洗涤，得到树枝状荧光化学传感器。

实施例3

树枝状荧光化学传感器的检测方法：传感Fe³⁺时，采用荧光方法检测，其具体方法的步骤如下：

(1)将树枝状荧光化学传感器用乙醇配成1.0×10^-5mol·L^-1的溶液；用0.1mol·L^-1的三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶液与适量0.1mol·L^-1的HCl溶液配成pH为7.2的缓冲溶液，将上述两种溶液按体积比1∶2混合，得到溶液A。

(2)用移液管移取上述溶液3.00mL于10mL的比色管中，依次分别加入1～10μg Fe³⁺的标准溶液，用乙醇+水(V/V＝1∶5)稀释至刻度，摇匀，放置15min后，于580nm处进行荧光强度的测定，荧光强度随Fe³⁺浓度增大而逐渐增强。

(3)食品样品中Fe³⁺的测定，将样品用硝酸进行消化处理成溶液，按步骤(2)进行测定，得到的铁的含量与原子吸收法测定的结果相吻合。其回收率均在95～105％之间，效果完全可以达到分析要求。

实施例4

树枝状荧光化学传感器的检测方法：传感Fe³⁺时，采用荧光方法检测，其具体方法的步骤如下：

(1)将树枝状荧光化学传感器用乙醇配成1.0×10^-5mol·L^-1的溶液；用0.1mol·L^-1的三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶液与适量0.1mol·L^-1的HCl溶液配成pH为7.2的缓冲溶液，将上述两种溶液按体积比1∶2混合，得到溶液A。

(2)用移液管移取上述溶液3.00mL于10mL的比色管中，依次分别加入1～10μg Fe³⁺的标准溶液，用乙醇+水(V/V＝1∶5)稀释至刻度，摇匀，放置15min后，于580nm处进行荧光强度的测定，荧光强度随Fe³⁺浓度增大而逐渐增强。

(3)水样中Fe³⁺的测定，将样品酸化处理成溶液，按步骤(2)进行测定，得到的铁的含量与原子吸收法测定的结果相吻合。其回收率均在96～105％之间，效果完全可以达到分析要求。

由于本发明获得树枝状荧光化学传感器对Fe³⁺具有特异的识别性，所以，在测定样品中Fe³⁺的含量时，其他共存物质不干扰测定如图1所示。

Claims (5)

1.一种树枝状荧光化学传感器，其特征在于，分子结构式如下：

2.根据权利要求1所述的树枝状荧光化学传感器合成方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)罗丹明B酰肼(RBH)的合成：在反应器中加入罗丹明B，以10倍乙醇溶解，逐滴加入水合肼，按罗丹明B：水合肼的摩尔比为1∶(18～22)比例加入，常温下用力振荡。将该混合物加热回流搅拌2～4h。蒸去溶剂乙醇，冷却至室温，并静置30min。用1mol·L^-1HCl溶解，再用1mol·L^-1NaOH溶液调到pH约为7，振荡，静置，有砖红色沉淀析出，减压过滤，用蒸馏水洗涤多次，干燥，得到罗丹明B酰肼。

(2)化合物1的合成：将氨基乙醛二甲基缩醛于反应器中加入甲醇溶解，搅拌均匀，加入丙烯酸甲酯，(加入量按如下组成质量百分比加入，氨基乙醛二甲基缩醛：6～10％；甲醇：75～85％；丙烯酸甲酯：20～30％)，加入完毕后，在55～65℃的温度下反应24～30h，减压蒸除溶剂，对残留物进行柱层析(展开剂用石油醚)分离，得到化合物1。

(3)化合物2的合成：取化合物1于反应器中加入甲醇溶解，搅拌均匀，加入乙二胺，(加入量按如下组成质量百分比加入，化合物1：5～8％；甲醇：75～90％；乙二胺：8～12％)，加入完毕后，搅拌均匀，在氩气保护下，避光反应48～56h，减压蒸溜除去过量的乙二胺，得到第一代树枝状化合物2。

(4)树枝状荧光化学传感器的合成：取化合物2于反应器中加入甲醇溶解，搅拌均匀，加入罗丹明B酰肼，(加入量按如下组成质量百分比加入，化合物2：1.0～3.0％；4-羟基苯甲醛：3.0～8.0％；甲醇：85～95％；罗丹明B酰肼：0.8～2.0％)，加入完毕后，搅拌均匀，在氩气保护下，避光反应48～58h，过滤洗涤，得到树枝状荧光化学传感器。

3.根据权利要求1所述的树枝状荧光化学传感器合成方法，其特征在于，所述的分离采用葡聚糖凝胶色层柱，石油醚为展开剂。

4.根据权利要求1所述的树枝状荧光化学传感器合成方法，其特征在于，所述化合物2的合成，氩气保护。

5.根据权利要求1所述的树枝状荧光化学传感器的检测方法，其特征在于传感Fe³⁺时，采用荧光方法检测，其具体方法的步骤如下：

(1)将树枝状荧光化学传感器用乙醇配成1.0×10^-5mol·L^-1的溶液；用0.1mol·L^-1的三羟甲基氨基甲烷(Tris)溶液与适量0.1mol·L^-1的HCl溶液配成pH为7.2的缓冲溶液，将上述两种溶液按体积比1∶2混合，得到溶液A。

(2)用移液管移取上述溶液3.00mL于10mL的比色管中，依次分别加入1～10μg Fe³⁺的标准溶液，用乙醇+水(V/V＝1∶5)稀释至刻度，摇匀，放置15min后，于580nm处进行荧光强度的测定，荧光强度随Fe³⁺浓度增大而逐渐增强。

(3)样品中Fe³⁺的测定，是将样品处理成溶液按步骤(2)进行。

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