CN104198448A - 一种检测铝离子探针、制备方法及含有该探针的试剂盒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测金属的探针、制备方法及含有该探针的试剂盒，属于化学技术领域。本发明提供的检测铝离子探针，2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲，是一种对Al³⁺有特异性响应的萘甲醛类席夫碱衍生物，实验证明，该化合物在pH＝6.0的Tris-HCl缓冲溶液中对Al³⁺有较好的识别能力，其他阴阳离子和氨基酸对Al3+的检测几乎没有干扰。其优点是具有较高的灵敏度和专一性。

Description

一种检测铝离子探针、制备方法及含有该探针的试剂盒

技术领域

本发明涉及一种检测金属的探针、制备方法及含有该探针的试剂盒，属于化学技术领域。 

背景技术

铝元素不属于人体所必需的微量元素，所以铝元素的过量摄入对人体是有害的。人体中铝元素含量太高时，会影响对磷的吸收。在肠道内形成不溶性磷酸铝随粪便排出体外，而缺磷又影响钙的吸收(没有足够的磷酸钙生成)，可导致骨质疏松，容易发生骨折。近年来又发现老年痴呆症的出现也与平时过多摄入铝元素有关。食用含铝添加剂的食品，是人们摄入铝的主要来源之一。体内过多的铝对人体的中枢神经系统、脑、肝、骨、肾、细胞、造血系统、免疫功能、胚胎等均有不良影响；铝可以干扰孕妇体内的酸碱平衡，使卵巢萎缩，影响胎儿生长并影响机体磷、钙的代谢等。临床上发现，铝与老年痴呆症、关岛帕金森氏痴呆综合症、肌萎缩性脊髓索硬化和透析性脑病神经失调疾病、骨软化症及贫血有关。世界上有数百万计的老人患老年性痴呆症。许多科学家经过研究发现，老年性痴呆症与铝有密切关系。同时还发现，铝对人体的脑、心、肝、肾的功能和免疫功能都有损害。例如：油条是许多人喜爱的一种食品，它价格低廉、香脆可口，但在制作过程中，为了使油条松软酥脆，常加入少量明矾和苏打。据测算，一个人每天吃100g油条，铝元素的摄入量就高达18.8mg，远远超过了世界卫生组织提出的每天4mg的安全摄入量。另外，粉丝、凉粉、油饼等也往往都含有铝盐。食用明矾或其他铝盐做净水剂，也增大了水中铝的含量，使人们的身体健康受到威胁。一些药品中的含铝量也 不容忽视。氢氧化铝和胃舒平(其主要成分饰氢氧化铝)是人们服用治疗胃酸过多、胃及十二指肠溃疡的药物。人们在治疗胃病的同时，铝元素也悄悄进入人体，有些人由于胃痛长期服用胃舒平，造成相当严重的后果。铝锅、铝壶、铝盆等铝或铝合金制品，也都是铝元素进入人体的来源。尤其是在炒菜时加上点醋调味，就更增加了铝的溶解。易拉罐装的饮料，其中铝的含量也相当高。因此，世界卫生组织于1989年正式将铝确定为食品污染物而加以控制。提出成年人每天允许铝摄入量为60mg。从我国的目前情况来看，如果不加以注意，铝的摄入量会超过这个指标。除了从氢氧化铝、胃舒平、安妥明铝盐、烟酸铝盐、阿斯匹林等药物中摄入铝以外，每人每天要从食物中摄入8mg～12mg的铝。由于使用铝制的炊具、餐具，使铝溶在食物中而被摄入约4mg。大量的铝还来自含铝的食品添加剂。含铝的食品添加剂经常用于炸油条、油饼等油炸食品。含铝的食品添加剂的发酵粉还常用于蒸馒头、花卷、糕点等。 

目前检测铝含量的方法主要是用一系列不同量的铝与铬天青S或溴化十六烷基三甲胺形成的一种络合物，用紫外分光光度计测量其吸光度，而后绘制标准曲线来测量样品中铝的含量。该种方法费时费力，不能够起到快速检测铝的含量的要求而且准确度灵敏度不高，该法只能测出铝含量的大致范围。此外紫外分光光度计的灵敏度与也不如荧光，对于含铝量较低的样品，紫外可见光可能就无法检测。研究一种能够快速而灵敏的检测样品中铝含量的方法就显得非常重要。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出的检测铝离子的探针、制备方法及含有该探针的试剂盒，通过荧光探针检测铝离子含量，可以达到快速灵敏的检测目的。 

本发明通过以下技术方案解决技术问题：一种检测铝离子探针，2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲，其化学结构式如下： 

是一种对Al³⁺有特异性响应的萘甲醛类席夫碱衍生物，实验证明，该化合物在pH＝6.0的Tris-HCl缓冲溶液中对Al³⁺有较好的识别能力，其他阴阳离子对Al³⁺的检测几乎没有干扰。 

其合成路线如下： 

具体按照以下方法制备探针，第一步、在容器中加入30mL冰醋酸，搅拌的同时加入0.156mol 22.2g的2-萘酚与0.170mol3.8g的六亚甲基四胺，搅拌至溶解，升温至90℃，于1h内加入33mL浓硫酸，在96℃下搅拌反应2.5h； 

第二步、将第一步反应结束的溶液冷却至室温，搅拌中倒入盛有100mL水的烧杯中，控制溶液温度≤30℃,加入200mL水搅拌1h，冷却至室温后静置24h至析出2-羟基-1-萘甲醛结晶，放入冰箱过夜后进行抽滤，将所得滤饼洗涤至中性，50℃以下烘干，得到粗品，将所述粗品用乙醇重结晶，烘干得到淡黄色针状晶体，即2-羟基-1-萘甲醛； 

第三步、称取0.344g2-羟基-1-萘甲醛加入6mL乙醇，加热搅 拌至溶解，溶液备用；再称取0.150g氨基脲溶于含有0.4mL乙酸的7mL水中并逐滴加入备用的溶液中，加热搅拌回流至析出沉淀后继续加热回流15min，冷却至室温，抽滤，收集固体沉淀后用乙醇和丙酮各洗涤3次，抽滤烘干，得产物，再用二甲苯重结晶得到黄色结晶，即2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲。 

以上方法的所述第一步中，容器是装有温度计、滴液漏斗和回流冷凝管的250mL的三颈烧瓶，将所述三颈烧瓶置于电子恒温水浴锅中进行反应。所述第二步中，滤饼用蒸馏水洗涤10次，每次10mL，至pH试纸呈中性。所述第三步中，加热回流的温度是78度。 

本发明还提供一种含有检测铝离子探针的试剂盒，包括浓度为2.5×10^-6M的2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲，pH＝6.0、浓度为25mM的Tris-HCl，C₂H₅OH:Tris-HCl＝1:800。 

本发明利用荧光检测铝离子的含量，克服了现有方法灵敏度不高的缺点，对Al³⁺有较好的识别能力，其他离子对其几乎不会产生干扰，具有较高的灵敏度和专一性。 

附图说明

图1为本发明制备的NS在不同pH条件下加入80μM Al³⁺前后体系在440nm处的荧光强度。 

图2为本发明制备的Tris–HCl-NS-Al³⁺滴定曲线图。 

图3为本发明制备的Tris–HCl-NS-Al³⁺-阳离子柱状图。 

图4为本发明制备的Tris–HCl-NS-Al³⁺-阴离子柱状图。 

图5为本发明制备的Tris–HCl-NS-Al³⁺-氨基酸柱状图。 

具体实施方式

实施例 

本实施例按照以下合成路线进行合成2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲： 

具体过程是： 

将装有温度计、滴液漏斗和回流冷凝管的250mL的三颈烧瓶置于电子恒温水浴锅中，加入30mL冰醋酸，边搅拌边加入22.2g(0.156mol)2-萘酚和3.8g(0.170mol)六亚甲基四胺，搅拌20min至溶解，升温至90℃，于1h内加入33mL浓硫酸，在96℃搅拌反应2.5h。 

反应结束后，冷却至室温，在搅拌下将上述反应物料倒入盛有100mL水的烧杯中。控制烧杯中溶液温度不要超过30℃，再补加200mL水。搅拌1h，冷却至室温，静置24h，让2-羟基-1-萘甲醛析出结晶。冰箱冷却过夜，抽滤，滤饼用蒸馏水洗涤l0次，每次用10mL，直至pH试纸呈中性，抽干，在真空干燥箱50℃以下烘干，得粗品。粗产物用乙醇重结晶，烘干得淡黄色针状晶体18.5g，产率70％。测其熔程为80～82℃。 

称取0.344g(0.002mo1)2-羟基-1-萘甲醛加入6mL乙醇中，加热搅拌至完全溶解，再称取0.150g(0.002mol)氨基脲溶于含有0.4mL乙酸的7mL水中。将后者溶液逐滴滴加到前者乙醇溶液中，加热搅拌回流，析出沉淀后再继续加热回流15min，冷却至室温，抽滤，收集固体沉淀。用乙醇和丙酮各洗涤3次，抽滤烘干，产物用二甲苯重结晶得黄色结晶0.43g，产率为67.8％。测其熔程为111～113℃。 

本实施例中，所有荧光光谱实验选取的激发波长均为390nm，荧光光谱仪的激发和发射狭缝分别为2.5nm和5.0nm，2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲(以下用NS表示)。在荧光滴定和选择性实验中，用C₂H₅OH:Tris-HCl(1:800)作溶剂，NS浓度为5.0×10^-6mol/L，Al³⁺的终浓度为2.0×10^-5mol/L，浓度之比为1:4。滴定中Al³⁺浓度范围从0到2.0×10^-5mol/L。选择性实验中，NS浓度为5.0×10^-6mol/L，各离子终浓度为2.0×10^-5mol/L，浓度之比为1:4。 

pH选择性实验 

为了选择识别体系的最佳pH值，本实施例中设计了pH选择性实验，调节识别体系的pH值从1到12，激发和发射狭缝宽度均为5nm，390nm波长的紫外光激发，分别测定NS及NS-Al³⁺体系在各个pH值下440nm处的荧光强度，发现在pH＝6.0时识别效果最好(如图1)。所以所有的光谱实验，均是在用去离子水配制的pH＝6.0的Tris-HCl缓冲溶液中进行的。 

荧光滴定 

将2.5μL浓度为2.0×10^-3mol·L^-1的2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲的合成溶液加入到盛有2mL Tris-HCl的石英比色皿中，然后逐渐滴加Al³⁺溶液(浓度为5×10^-3mol·L^-1，每次加2.5μL)。结果如图2所示，从滴定曲线可以看出，随着Al³⁺的不断加入，440nm处的荧光强度逐渐增强。当体系中Al³⁺的浓度达到1.0×10^-5mol·L^-1以后，体系的荧光强度不再增加。 

离子选择性实验 

在选择性实验中，2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲的浓度均5.0×10^-6mol·L^-1，Al³⁺和阴、阳离子的浓度均为2.0×10^-5mol·L^-1。主要是将 2.5μL浓度为2.0×10^-3mol·L^-1的2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲的合成溶液加入到盛有2mL Tris-HCl的石英比色皿中，然后逐渐滴加Al³⁺或阴或阳离子(浓度为5×10^-3mol·L^-1，每次加2.5μL)。从滴定曲线可以看出，随着Al³⁺或阴或阳离子的不断加入，446nm处的荧光强度逐渐增强。当体系中Al³⁺或阴或阳离子的浓度达到1.0×10^-5mol·L^-1以后，体系的荧光强度不再增加。伴随着荧光由原来的无色变成亮黄色，并且不断加深。由此可见，2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲对Al³⁺或阴或阳离子具有较好的响应，能够用来识别Al³⁺或阴或阳离子。结果如图3至图5所示，2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲对Al³⁺有较好的选择性，其他离子几乎对其不会产生干扰。在实际体系中可以通过加入氯离子、钙离子等沉淀剂对待测样品进行预处理。 

本实施例提供含有检测铝离子探针的试剂盒，包括浓度为2.5×10^-6M的2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲，pH＝6.0、浓度为25mM的Tris-HCl，C₂H₅OH:Tris-HCl＝1:800。该试剂盒按以下方法制备：称取2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲0.0046g用无水乙醇溶解配制成0.01M母液。用时用25mM的Tris-HCl稀释至2.5×10^-6M。 

在上述最佳实验条件下，对校园池塘水样中Al³⁺的测定,取2.5×10^-3M探针分子的乙醇溶液0.01mL于含9.99mL pH＝6.0浓度为25mM的Tris-HCl的离心管中,混合均匀后，再加入1mL未知浓度的Al³⁺水溶液。混合均匀,放置10-15min后测定其390nm处荧光强度。通过上述所建立的荧光分析法,对未知浓度的Al³⁺水样进行测试。结果表明，用荧光分析法3次测定的平均值为1.21×10^-4M；同样的水样，用传统的火焰原子吸收法测得的水样中Al³⁺的含量是1.38×10^-4M。实验表明，通过该荧光分子探针来检测Al³⁺含量 的方法是准确、可靠的。 

除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。 

Claims (6)

1.一种检测铝离子探针，2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲，其化学结构式如下：

2.根据权利要求1所述检测铝离子探针的制备方法，包括以下步骤：

第一步、在容器中加入30mL冰醋酸，搅拌的同时加入0.156mol 22.2g的2-萘酚与0.170mol3.8g的六亚甲基四胺，搅拌至溶解，升温至90℃，于1h内加入33mL浓硫酸，在96℃下搅拌反应2.5h；

第二步、将第一步反应结束的溶液冷却至室温，搅拌中倒入盛有100mL水的烧杯中，控制溶液温度≤30℃,加入200mL水搅拌1h，冷却至室温后静置24h至析出2-羟基-1-萘甲醛结晶，放入冰箱过夜后进行抽滤，将所得滤饼洗涤至中性，50℃以下烘干，得到粗品，将所述粗品用乙醇重结晶，烘干得到淡黄色针状晶体，即2-羟基-1-萘甲醛；

第三步、称取0.344g2-羟基-1-萘甲醛加入6mL乙醇，加热搅拌至溶解，溶液备用；再称取0.150g氨基脲溶于含有0.4mL乙酸的7mL水中并逐滴加入备用的溶液中，加热搅拌回流至析出沉淀后继续加热回流15min，冷却至室温，抽滤，收集固体沉淀后用乙醇和丙酮各洗涤3次，抽滤烘干，得产物，再用二甲苯重结晶得到黄色结晶，即2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲。

3.根据权利要求2所述检测铝离子探针的制备方法，其特征在于：所述第一步中，容器是装有温度计、滴液漏斗和回流冷凝管的250mL的三颈烧瓶，将所述三颈烧瓶置于电子恒温水浴锅中进行反应。

4.根据权利要求2所述检测铝离子探针的制备方法，其特征在于：所述第二步中，滤饼用蒸馏水洗涤10次，每次10mL，至pH试纸呈中性。

5.根据权利要求2所述检测铝离子探针的制备方法，其特征在于：所述第三步中，加热回流的温度是78度。

6.一种含有检测铝离子探针的试剂盒，包括浓度为2.5×10^-6M的2-羟基-1-萘甲醛缩氨基脲，pH＝6.0、浓度为25mM的Tris-HCl，C₂H₅OH:Tris-HCl＝1:800。