CN103913441A - 一种罗丹明b的荧光传感器、制备及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种罗丹明B的荧光传感器、制备及其对Fe3+的检测应用。以罗丹明B为原料,合成出2-(2-(((1H-吡咯2-基)甲基)氨基-乙基-3',6'-双(二乙基氨基)螺[异吲哚啉-1,9'-呫吨]-3-酮(2-(2-(((1H-pyrrol-2-yl)methyl)amino)ethyl)-3',6'-bis(dithylamino)spiro(isoindoline-1,9'-xanthen)-3-one)。本发明以该结构为底物,将其配制成溶液,向其中加入不同的金属离子,通过紫外可见光和荧光测试后,发现加入FeCl3·6H2O后,紫外和荧光吸收值均有显著的变化;而且在一定范围内,紫外和荧光的吸收值与Fe3+浓度呈线性关系,从而发明了一种基于罗丹明B的专一性检测Fe3+的荧光传感器,该种传感器在医疗,环境科学中有着巨大的应用潜力。
Description
技术领域
本发明涉及一种罗丹明B的荧光传感器、制备及其应用,属于生物传感器领域。
背景技术
铁是人们发现较早的一种金属,至今已有两千多年的历史,在地球上,从地心到地表,再到地球上的动植物体内,都含有铁,且铁在地球上的原核生物和真核生物的生命活动中有着不可替代的作用。在人体中,铁元素是不可或少的微量元素,其也发挥着重要的功能:是血红素载氧的关键,是血红蛋白的重要组成部分,参与人体中部分酶的合成,参与人的呼吸,是催化促进抗体的产生,以及药物在肝脏内的排毒作用。在植物体内,铁存在于血红蛋白的电子转移键上,同时还参与光合作用、固氮作用等,而且铁对叶绿素的形成是不可少的。在人体内,缺乏铁元素会导致贫血、行为和智力方面的缺陷以及免疫力的下降。而过量的铁也与多种疾病,如:心脏病、糖尿病有关。因此,如何有效地快速检测铁离子(Fe3+)对生物化学、环境科学以及医学等都有着重大的意义。
铁离子(Fe3+)的传统检测方法有:原子吸收光谱法,伏安法,比色法,滴定法,PVC膜电极法。但是这些方法都有一定的缺陷,如:1、对Fe3+检测的专一性差;2、检测的所需的时间过长;3、敏感性差,所测定的Fe3+浓度范围不大,对于含铁量较少的细胞中,测量则更是困难;4、大部分测试的条件都要求在酸性条件下,而对于细胞实验而言,由于测量条件是弱碱性,所以此类方法大多不可选。
而荧光传感器检测离子具有检测速度快,专一性强,灵敏度高,操作简单等特点。但是由于荧光传感器化合物的碳链的长度以及基团的影响,使得有些荧光传感器的专一性不强,灵敏度不高。如文献1(Sikdar,A.;Panja,S.S.;Biswas,P.;Roy,S.J Fluoresc,2012,22,443-50.)报道的Fe3+荧光传感器的专一性不强,不能准确的检测Fe3+。文献2(Wang,J.;Zhang,D.;Liu,Y.;Ding,P.;Wang,C.;Ye,Y.;Zhao,Y.Sensors Actuators BChem,2014,191,344-350.)报道的Fe3+传感器的专一性较差且检出限较大,在低浓度的环境中便无法测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种罗丹明B的荧光传感器、制备及其应用。
实现本发明的技术解决方案是:一种罗丹明B的荧光传感器,所述的荧光传感器为罗丹明B的衍生物(化合物1),具有如下结构:
一种罗丹明B的荧光传感器的制备,包括如下步骤:
第一步、将罗丹明B(化合物2)与乙二胺,在室温下混合反应;
第二步、将2-(2-氨基乙基)-3',6双(二乙基氨基)螺[异吲哚啉-1,9'-呫吨]-3-酮(化合物3)与吡咯-2-甲醛在室温下混合反应;
第三步、12小时后向混合物中加入2倍的三乙酰氧基硼氢化钠继续反应;
第四步、将得到的粗产品用无水乙醇作溶剂重结晶提纯。
第一步中所述的化合物2与乙二胺的摩尔比为1:10;所述的反应时间为12小时。
第二步中所述的化合物3与吡咯-2-甲醛的摩尔比为1:3;所述的反应时间为12小时。
第三步中所述的化合物3与三乙酰氧基硼氢化钠的摩尔比为1:2;所述的反应时间为3小时。
一种罗丹明B的荧光传感器的应用,所述的应用是将上述结构的荧光传感器用于Fe3+的检测中。
与现有检测技术相比,本发明的优点有:
1、该荧光传感器对Fe3+检测具有优良的专一性。
2、该荧光传感器检测所需的时间较短,10min即能完成。
3、该荧光传感器敏感性好,可以测量的检测极限更小,能达到0.0389μM。
附图说明
图1为本发明荧光传感器化合物的核磁氢谱图(其中横坐标为化学位移)。
图2为本发明荧光传感器对不同离子溶液的紫外可见吸收光谱图(其中横坐标为波长,单位:nm;纵坐标为吸收值)。
图3为本发明荧光传感器对不同离子溶液的荧光谱图(其中横坐标为波长,单位:nm;纵坐标为荧光强度)
图4为本发明荧光传感器对不同浓度的FeCl3·6H2O溶液的荧光谱图(其中横坐标为Fe3+的浓度,单位:μM;纵坐标为荧光强度值)。
图5为本发明荧光传感器与不同Fe3+浓度的在581nm处的荧光谱图(其中横坐标为Fe3+的浓度,单位:μM;纵坐标为荧光强度值)
图6为本发明荧光传感器与FeCl3·6H2O溶液在不同时间内581nm处的荧光谱图(其中横坐标为反应时间,单位:min;纵坐标为荧光强度值)。
具体实施方式
(一)传感器化合物的合成:
传感器化合物的合成路线如下所示:
(二)紫外可见吸收性能测试
将CdCl2·2.5H2O,CuCl2·2H2O,AlCl3,KCl,FeCl3·6H2O,PbCl2,SnCl2·H2O,AgNO3,HgCl2,NiCl2·6H2O,FeCl2·4H2O,MgCl2·6H2O,NaCl,ZnCl2,CrCl3·6H2O,Ba(NO3)2,CuCl,LiCl·H2O,MnCl2·4H2O,CoCl2·6H2O,CaCl2,NH4Cl,等不同金属离子加入化合物1的溶液中,进行紫外吸收性能测试。
(三)荧光性能测试
将CdCl2·2.5H2O,CuCl2·2H2O,AlCl3,KCl,FeCl3·6H2O,PbCl2,SnCl2·H2O,AgNO3,HgCl2,NiCl2·6H2O,FeCl2·4H2O,MgCl2·6H2O,NaCl,ZnCl2,CrCl3·6H2O,Ba(NO3)2,CuCl,LiCl·H2O,MnCl2·4H2O,CoCl2·6H2O,CaCl2,NH4Cl,等不同重金属离子加入化合物1的溶液中,进行荧光响应测试。
实施例1传感器化合物的合成
1、化合物3的合成方法
称取500mg化合物2(1.13mmol)于25ml的圆底烧瓶中,加入约5ml的无水乙醇,搅拌溶解后,向烧瓶中滴加754μl(11.3mmol)的乙二胺,加热回流。反应过程中用TLC检测反应进度,12小时反应完全后,将混合液冷却至室温后,将混合物分离后,即得到纯净的化合物3约510mg。
2、目标化合物1的合成
称取200mg步骤1中得到的化合物3(0.413mmol)溶于约5ml的甲醇中,然后加入118mg(1.24mmol)的吡咯-2-甲醛,室温下搅拌,反应过程中用TLC检测反应进度,12小时反应完全,再称取175mg的三乙酰氧基硼氢化钠加入反应中,继续反应3小时,待反应结束后,将烧瓶中的溶剂在减压装置中旋干,慢慢的向烧瓶中加入无水乙醇,待烧瓶中的固体恰好溶解,将烧瓶放于冰箱中,让溶剂乙醇缓慢挥发,隔夜后即有大量白色的晶体洗出,过滤洗涤后得到约170mg的化合物1,其核磁氢谱图如图1所示。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ9.16(d,J=30.9Hz,26H),8.30(d,J=273.7Hz,6H),8.01–7.82(m,27H),7.45(dd,J=5.4,3.1Hz,55H),7.26(s,21H),7.19–6.93(m,29H),6.70(d,J=18.2Hz,26H),6.46–6.32(m,106H),6.31–6.21(m,53H),6.15(dd,J=21.0,8.7Hz,5H),6.06(d,J=2.6Hz,29H),5.91(s,26H),4.94–2.35(m,436H),3.61(d,J=6.1Hz,51H),3.41(tt,J=11.6,5.7Hz,368H),3.42–3.21(m,273H),3.18(dd,J=17.4,11.3Hz,8H),2.46(d,J=4.4Hz,12H),2.32(q,J=6.1Hz,57H),1.66–1.18(m,44H),1.16(t,J=7.0Hz,316H),1.07–1.00(m,7H).
实施例2紫外可见吸收性能测试
1、对不同重金属离子的紫外吸收性能测试
将化合物1配制成10μmol/L甲醇-水混合溶液(3:2,v:v),取3000μL混合溶液置于液体池中,检测紫外吸收值。用移液枪分别量取配制好的CdCl2·2.5H2O,CuCl2·2H2O,AlCl3,KCl,FeCl3·6H2O,PbCl2,SnCl2·H2O,AgNO3,HgCl2,NiCl2·6H2O,FeCl2·4H2O,MgCl2·6H2O,NaCl,ZnCl2,CrCl3·6H2O,Ba(NO3)2,CuCl,LiCl·H2O,MnCl2·4H2O,CoCl2·6H2O,CaCl2,NH4Cl,等离子溶液加入到液体池,使得化合物1与离子的浓度比为1:5,10分钟后观察紫外吸收谱图的变化并记录。吸收谱图如图2所示,发现加入FeCl3·6H2O后,紫外吸收值有很大变化,说明了该荧光传感器对Fe3+具有优良的专一性。
实施例3荧光性能测试
1、对不同重金属离子的荧光响应测试
将化合物1配制成10μmol/L甲醇-水混合溶液(3:2,v:v),取3000μL置于液体池中,检测其初始荧光值。用移液枪量取配制好的CdCl2·2.5H2O,CuCl2·2H2O,AlCl3,KCl,FeCl3·6H2O,PbCl2,SnCl2·H2O,AgNO3,HgCl2,NiCl2·6H2O,FeCl2·4H2O,MgCl2·6H2O,NaCl,ZnCl2,CrCl3·6H2O,Ba(NO3)2,CuCl,LiCl·H2O,MnCl2·4H2O,CoCl2·6H2O,CaCl2,NH4Cl,等离子溶液加入到液体池,使得溶液中化合物1与离子的摩尔比为1:5,观察荧光谱图变化并记录。荧光谱图如图3所示,发现当加入FeCl3·6H2O后,在581nm处荧光值变化明显,这说明了该荧光传感器对Fe3+具有优良的专一性。
2、不同浓度铁离子(Fe3+)溶液的荧光响应变化
向配制好的10μmol/L目标化合物溶液中,分别加入与化合物的摩尔比为0.2:1,0.4:1,0.6:1,0.8:1,1:1,1.2:1,1.4:1,1.6:1,1.8:1,2:1,2.5:1,3:1,3.5:1,4:1,4.5:1,5:1,6:1,7:1,8:1,9:1,10:1,,15:1,20:1直到50:1的FeCl3·6H2O溶液,对应的Fe3+浓度从2μmol/L增加到500μmol/L。荧光谱图如图4所示,随着Fe3+浓度的增加,其荧光值也增加,当Fe3+浓度达到100μM时荧光强度趋向于饱和。此外,还发现当Fe3+的浓度在4μM-50μM时,荧光强度值与Fe3+呈现线性关系,根据检出限计算公式:DL=K·SD/S,其中K为信噪比取3,SD空白样品的荧光强度的标准差=30.60(表1),K为拟合曲线的斜率=2357.54(图5),可计算出检出限为0.0389μM,这说明了该荧光传感器敏感性好,可以测量的检测极限更小,能达到0.0389μM。
表1检出限的空白样品荧光强度的标准差的计算
3、化合物检测Fe3+稳定性的研究
向配制好的10μmol/L化合物1的溶液中,按1:5的摩尔比加入FeCl3·6H2O溶液,每分钟观察一次荧光图的变化并记录,荧光谱图如图6所示,发现10分钟后,其荧光值变化不大,因而认为此种检测10分钟后即可稳定,这说明了该化合物对Fe3+的检测所需的时间较短,10分钟即能完成。
Claims (10)
1.一种罗丹明B的荧光传感器,其特征在于,所述的荧光传感器为罗丹明B的衍生物,具有如下结构:
。
2.根据权利要求1所述的罗丹明B的荧光传感器,其特征在于,所述的荧光传感器由以下步骤制备:
第一步、将罗丹明B与乙二胺,在室温下混合反应;
第二步、将2-(2-氨基乙基)-3',6双(二乙基氨基)螺[异吲哚啉-1,9'-呫吨]-3-酮与吡咯-2-甲醛在室温下混合反应;
第三步、12小时后向混合物中加入2倍的三乙酰氧基硼氢化钠继续反应;
第四步、将得到的粗产品用无水乙醇作溶剂重结晶提纯。
3.根据权利要求2所述的罗丹明B的荧光传感器,其特征在于,第一步中所述的罗丹明B与乙二胺的摩尔比为1:10;所述的反应时间为12小时。
4.根据权利要求2所述的罗丹明B的荧光传感器,其特征在于,第二步中所述的2-(2-氨基乙基)-3',6双(二乙基氨基)螺[异吲哚啉-1,9'-呫吨]-3-酮与吡咯-2-甲醛的摩尔比为1:3;所述的反应时间为12小时。
5.根据权利要求2所述的罗丹明B的荧光传感器,其特征在于,第三步中所述的2-(2-氨基乙基)-3',6双(二乙基氨基)螺[异吲哚啉-1,9'-呫吨]-3-酮与三乙酰氧基硼氢化钠的摩尔比为1:2;所述的反应时间为3小时。
6.一种罗丹明B的荧光传感器的制备,其特征在于,包括以下步骤:
第一步、将罗丹明B与乙二胺,在室温下混合反应;
第二步、将2-(2-氨基乙基)-3',6双(二乙基氨基)螺[异吲哚啉-1,9'-呫吨]-3-酮与吡咯-2-甲醛在室温下混合反应;
第三步、12小时后向混合物中加入2倍的三乙酰氧基硼氢化钠继续反应;
第四步、将得到的粗产品用无水乙醇作溶剂重结晶提纯。
7.根据权利要求6所述的罗丹明B的荧光传感器的制备,其特征在于,第一步中所述的罗丹明B与乙二胺的摩尔比为1:10;所述的反应时间为12小时。
8.根据权利要求6所述的罗丹明B的荧光传感器的制备,其特征在于,第二步中所述的2-(2-氨基乙基)-3',6双(二乙基氨基)螺[异吲哚啉-1,9'-呫吨]-3-酮与吡咯-2-甲醛的摩尔比为1:3;所述的反应时间为12小时。
9.根据权利要求6所述的罗丹明B的荧光传感器的制备,其特征在于,第三步中所述的2-(2-氨基乙基)-3',6双(二乙基氨基)螺[异吲哚啉-1,9'-呫吨]-3-酮与三乙酰氧基硼氢化钠的摩尔比为1:2;所述的反应时间为3小时。
10.一种罗丹明B的荧光传感器的应用,其特征在于,将权利要求1所述的荧光传感器用于Fe3+的检测中。
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