CN104266989B

CN104266989B - 一种分别检测微量Mg2+、Zn2+或F‑的比率吸收紫外光谱法

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Publication number: CN104266989B
Application number: CN201410566120.8A
Authority: CN
Inventors: 沈韵; 赵远会; 曾晞; 牟兰
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guangxi Zhongjian Detection Technology Service Co ltd
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2017-09-08
Anticipated expiration: 2034-10-22
Also published as: CN104266989A

Abstract

本发明一种分别检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^‑的紫外比率吸收光谱法属分析化学领域。用双‑(7‑羟基‑香豆素‑8‑醛)缩乙二胺，简写为试剂s1，为检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^‑的试剂。测定Mg²⁺时，DMF（N,N‑二甲基甲酰胺）溶液中，在290nm，370nm和430nm波长处形成比率吸收，在335nm和405nm波长处有等吸收点；测定Zn²⁺时，DMF/H₂O（1/4，v/v）溶液中，在290nm，350nm和420nm波长处形成比率吸收，在330nm和400nm波长处有等吸收点；测定F^‑时，DMF溶液中，在290nm和390nm波长处形成比率吸收，在348nm波长处有等吸收点。检测Mg²⁺、Zn²⁺或F^‑的浓度线性范围均为两个数量级，检测限低至10^‑7 mol·L^‑1。试剂s1的制备方法是以7‑羟基香豆素和乙二胺为原料，在乙二胺的两端连接8‑甲酰基‑7‑羟基香豆素得到。结构式为：

Description

一种分别检测微量Mg2+、Zn2+或F-的比率吸收紫外光谱法

技术领域

本发明属分析化学领域，具体地说是一种检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的紫外比率吸收光谱分析法。

背景技术

比率吸收测定技术是紫外吸收光谱分析中的一个重要方法，是利用显色试剂与待测物作用后在特定波长下的吸光度增强和减低的比率吸收性能，即特定波长处的吸光度的比值作为信号来检测物质的方法。与在单一波长吸收强度的测定相比，利用不同波长的吸收比率变化而具备更高的稳定性和准确度。对单一波长的探针而言，在实际应用中会受到探针自身浓度、测试条件、光源强度波动及仪器敏感性等因素的影响，降低了测定的准确度。而关于对比率吸收测定技术的相关报道相对较少。特别是利用同一显色试剂，控制不同测试条件，达到对不同离子的选择性检测更为少见。

镁离子在临床医学，营养学和生理学中的作用已经引起人们的广泛关注。镁离子是细胞中最重要的二价阳离子，在细胞中扮演着重要角色，在许多细胞过程如分芽繁殖、细胞死亡、稳定DNA的构型、穿透膜的离子传输、保持细胞的形状和信号传输中都发挥重要作用，在调控酶的功能方面镁离子也发挥一定的作用。已经报道的大量钙离子荧光探针相比，性能优异的镁离子荧光探针仍然较少。因此，研制高选择性、高灵敏度检测镁离子的传感器具有研究意义。

锌是生命体系中继铁之后的第二富集金属，锌离子不仅在自然环境中，而且在生物体系都起着至关重要的作用。但人们对于过渡金属锌离子，特别是其危害性的关注和研究相对较少。锌离子是农业和食品产业中广泛存在的污染物。在生物体系中，锌离子也同样有着深远的影响。在人体很多生理过程中，例如结构和催化因子，信号传输和调节，基因表达调节和细胞凋亡，都起着重要的作用。研究表明，锌离子代谢过程失调和很多严重的神经性疾病紧密相关，例如阿尔茨海默氏症，肌萎缩性脊髓侧索硬化症，帕金森病，缺氧缺血，癫痫病。所以，无论在生物体系还是自然环境中，定量的、选择性的检测锌离子变得十分必要。而利用紫外吸收方法来检测锌离子具有高灵敏度、高选择性等优点。

氟离子是人体及动物体必需的微量元素之一，对人体的健康至关重要，它能有效的预防龋齿，提高骨密度，在治疗骨质疏松方面有广泛的应用；同时，临床医学研究表明，一次大剂量的摄入或长期少量的摄入氟离子，将导致人体胃、肾功能的损伤以及引起骨骼氟中毒等。超过1.5 mg·L^-1的含氟水会导致氟斑牙、骨病，且导致磷代谢紊乱，而在多因素的作用下，高氟地下水不断地迁移和富集，且不断扩大的工业生产及农业活动也导致环境氟污染日趋严重，无论从人体健康还是环境保护方面考虑，氟离子的检测都具有重要意义。与传统的氟离子检测手段如离子色谱法相比，紫外比率吸收方法具有检测方便、灵敏度高、动态响应范围宽等优势。

发明内容

利用一种比率吸收试剂，建立分别检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的分析新方法。本发明的目的是通过控制不同的溶剂，采用比率吸收光度法对Mg²⁺、Zn²⁺或F^-进行高灵敏、高选择和高稳定性的检测。

本发明一种分别检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的紫外吸收光谱法，是用化学名称为双-(7-羟基-香豆素-8-醛)缩乙二胺的化合物，简写为s1，作为紫外光谱比率吸收法用于检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的试剂；（1）试剂s1在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中测定Mg²⁺时，在290nm，370nm和430nm波长处形成比率吸收，在335nm和405nm波长处有等吸收点，在Mg²⁺一定浓度范围内，370nm和290nm波长处吸光度比值与Mg²⁺浓度成线性关系，用比率吸光度法测定Mg²⁺；（2）试剂s1在DMF/H₂O（1/4，v/v）溶液中测定Zn²⁺时，在290nm，350nm和420nm波长处形成比率吸收，在330nm和400nm波长处有等吸收点，在Zn²⁺一定浓度范围内，350nm和290nm波长处吸光度比值与Zn²⁺浓度成线性关系，用比率吸光度法测定Zn²⁺；（3）试剂s1在DMF溶液中测定F^-时，在290nm和390nm波长处形成比率吸收，在348nm波长处有等吸收点，在F^-一定浓度范围内，390nm和290nm波长处吸光度比值与F^-度成线性关系，用比率吸光度法测定F^-。

上述的一种分别检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的比率吸收紫外光谱法是（1）测定Mg²⁺时，其它共存金属离子：Zn²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺,Sr²⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺，Ag⁺，Al³ ⁺，Fe³⁺，Cr³⁺之一，在浓度为Mg²⁺浓度10倍量时，对Mg²⁺的测定无干扰；（2）测定Zn²⁺时，其它共存金属离子：Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺,Sr²⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺， Ag⁺，Al³⁺，Fe³ ⁺，Cr³⁺之一，在浓度为Zn²⁺浓度10倍量时，对Zn²⁺的测定无干扰；（3）测定F^-时，其它共存阴离子：Cl^-，Br^-，I^-，HSO₄ ^-，AcO^-，NO₃ ^-，ClO₄ ^-，PF₆ ^-，H₂PO₄ ^-，PF₆ ^-，在浓度与F^-浓度相当时，对F^-的测定无干扰。

上述的一种分别检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的比率吸收紫外光谱法是（1）试剂s1检测微量Mg²⁺的浓度线性范围为9.0×10^-7～1.1×10^-5mol·L^-1，检测限低至10^-7 mol·L^-1；（2）试剂s1检测微量Zn²⁺的浓度线性范围为9.0×10^-7～1.0×10^-5mol·L^-1，检测限低至10^-7mol·L^-1；（3）试剂s1检测微量F^-的浓度线性范围为8.0×10^-7～1.2×10^-5mol·L^-1，检测限低至10^-7 mol·L^-1。

上述的一种分别检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的比率吸收紫外光谱法是所述试剂s1化学结构式为：

分子式：C₂₂H₁₆N₂O₆

分子量：404.10

熔点：大于300℃

溶解性：微溶于氯仿、二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺等，不溶于乙醇

光谱性质：DMF溶液中，在290 nm，350nm和420nm波长有紫外吸收；在DMF溶液中与Mg²⁺形成配合物后，在290nm，370nm和430nm波长处形成比率吸收，在335nm和405nm波长处有等吸收点；DMF/H₂O（1/4，v/v）溶液中与Zn²⁺形成配合物后，在290nm、350nm和420nm波长处形成比率吸收，在330nm和400nm处有等吸收点；在DMF溶液中与F^-形成配合物后，在390nm和290nm波长处形成比率吸收，在348nm处有等吸收点。

上述的一种分别检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的比率吸收紫外光谱法，所述试剂s1的制备方法为以7-羟基香豆素为原料，二氯甲烷为溶剂，用乙酸酐对7-羟基香豆素中7-位的羟基进行保护得到7-乙酰氧基香豆素后，以三氟乙酸为催化剂和溶剂，与六次甲基四胺反应得到中间体8-甲酰基-7-羟基香豆素；再由中间体8-甲酰基-7-羟基香豆素与乙二胺在乙醇溶液中反应得到试剂s1即双-(7-羟基-香豆素-8-醛)缩乙二胺，合成路线如下：

具体合成工艺条件为：

（1）7-乙酰氧基香豆素的合成

N₂保护下，三口烧瓶中加入二氯甲烷，然后加入7-羟基香豆素，乙酸酐，搅拌溶解，摩尔比按7-羟基香豆素:乙酸酐=1:2～2.5，吡啶7～8滴，室温搅拌反应，滤液减压蒸馏除去溶剂，用水溶解后用乙酸乙酯萃取，饱和食盐水洗涤，硫酸钠干燥，过滤，柱层析纯化制得7-乙酰氧基香豆素：

反应温度：室温

反应时间：12h

反应溶剂：二氯甲烷

洗脱剂：氯仿

（2）中间体8-甲酰基-7-羟基香豆素的合成

N₂保护的冰浴下，三口烧瓶中加入7-乙酰氧基香豆素，三氟乙酸，搅拌，待温度降至0℃时，加入六次甲基四胺，摩尔比按7-乙酰氧基香豆素:六次甲基四胺=1:1.5～1.8，冰浴下反应，将反应温度逐渐升至室温，再回流搅拌反应，减压蒸馏除去溶剂，在剩余溶液中加入水，将混合物升至60℃搅拌，过滤，滤液用氯仿萃取，饱和食盐水洗涤，硫酸钠干燥，过滤，减压蒸馏除去溶剂，沉淀部分合并，柱层析分离得到中间体8-甲酰-7-羟基香豆素：

反应温度：回流

反应时间：9 h

反应溶剂：三氟乙酸

洗脱剂：氯仿/甲醇（v/v =100/1）

（3）双-(7-羟基-香豆素-8-醛)缩乙二胺

N₂保护下，在250ml三口烧瓶中，加入8-甲酰-7-羟基香豆素，无水乙醇，搅拌，升温待其溶解后，降至室温，将乙二胺溶于无水乙醇后逐滴加入，摩尔比按8-甲酰-7-羟基香豆素: 乙二胺=1:0.4～0.6，加热回流，过滤，用氯仿和甲醇重结晶得到乳白色固体双-(7-羟基-香豆素-8-醛)缩乙二胺：

反应温度：回流

反应时间：3.5 h

反应溶剂：乙醇

本发明利用一种试剂，不仅能用于金属离子Mg²⁺和Zn²⁺的检测，而且还也能用于阴离子F^-的检测，通过控制溶液介质条件，在水溶性和非水介质条件下分别实现不同离子的高选择、高灵敏的检测。本发明对Mg²⁺、Zn²⁺或F^-测定的检测限低至10^-7 mol·L^-1，而且许多金属离子或阴离子都不干扰测定，达到选择性好、灵敏度高的目的。由于方法选择性好，干扰小，在检测时省去许多分离步骤，使操作简单，分析准确性高。

本发明合成的试剂s1的结构经核磁共振波谱、质谱和红外光谱进行了表征。结构表征数据列于表1。

表1 试剂s1的结构表征数据

附图说明

图1. DMF溶液中的试剂s1在不同金属离子存在下的吸收光谱。

浓度为1.00×10^-4mol·L^-1试剂s1的DMF溶液，分别不加金属离子或加入2.00×10^-3 mol·L^-1金属离子Mg²⁺，Zn²⁺，Ca²⁺，Hg²⁺，Ba²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Sr²⁺，Cr³⁺，Cu²⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺，Ag⁺，Al³⁺，Fe³⁺后的紫外光谱。试剂s1的DMF溶液在290nm、350nm和420nm处有吸收，Mg²⁺的加入使试剂s1在290nm和420nm处的吸收峰降低，350nm处的吸收峰红移且吸光度增强，同时在335nm和405nm处出现两个等吸收点，其他实验金属离子，包括Zn²⁺的加入几乎不改变试剂s1的吸收光谱。

图2. DMF/H₂O溶液中的试剂s1在不同金属离子存在下的紫外光谱。

浓度为1.00×10^-4mol·L^-1试剂s1的DMF/H₂O（1/4，v/v）溶液，分别不加金属离子或加入2.00×10^-3 mol·L^-1金属离子Mg²⁺，Zn²⁺，Ca²⁺，Hg²⁺，Ba²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Sr²⁺，Cr³⁺，Cu²⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺，Ag⁺，Al³⁺，Fe³⁺后的紫外光谱。试剂s1的DMF/H₂O（1/4，v/v）溶液在290nm、350nm和420nm处有吸收，Zn²⁺的加入使试剂s1在290nm和420nm处的吸收峰降低，350nm处的吸收峰红移且吸光度增强，同时在330nm和400nm处出现两个等吸收点，其他实验金属离子，包括Mg²⁺的加入几乎不改变试剂s1的吸收光谱。

图3. 共存金属离子对试剂s1比率吸收紫外光谱法检测Mg²⁺的影响。

在浓度为1.00×10^-4mol·L^-1的试剂s1的DMF溶液中，加入2.00×10^-3 mol·L^-1的Mg²⁺后测定波长分别为290nm和370nm处的吸光度及比值。再分别向试剂s1-Mg²⁺混合溶液中加入浓度为Mg²⁺浓度10倍量的其他金属离子：Zn²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺，Sr²⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺，Ag⁺，Al³⁺，Fe³⁺，Cr³⁺之一后，测定波长分别为290nm和370nm处的吸光度比值的变化。黑色条表示在试剂s1溶液中分别加入不同金属离子的吸光度比值。白色条表示在试剂s1-Mg²⁺混合溶液中分别加入上述其他金属离子共存后的吸光度比值的变化。表明试剂s1检测Mg²⁺的比率吸收不受上述其他金属离子共存的影响。比率吸收波长为290nm和370nm。

图4. 共存金属离子对试剂s1比率吸收紫外光谱法检测Zn²⁺的影响。

在浓度为1.00×10^-4mol·L^-1的试剂s1的DMF/H₂O（1/4，v/v）溶液中，加入2.00×10^-3 mol·L^-1的Zn²⁺后测定波长分别为290nm和350nm处的吸光度及比值。再分别向试剂s1-Zn²⁺混合溶液中加入浓度为Zn²⁺浓度10倍量的其他金属离子：Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺，Sr²⁺，Hg²⁺，Co² ⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺，Ag⁺，Al³⁺，Fe³⁺，Cr³⁺之一后，测定波长分别为290nm和350nm处的吸光度比值的变化。黑色条表示在试剂s1溶液中分别加入不同金属离子的吸光度比值。白色条表示在试剂s1-Zn²⁺混合溶液中分别加入上述其他金属离子共存后的吸光度比值的变化。表明试剂s1检测Zn²⁺的比率吸收不受上述其他金属离子共存的影响。比率吸收波长为290nm和350nm。

图5. 不同浓度的Mg²⁺对试剂s1的比率吸收紫外光谱滴定图。

在浓度为1.00×10^-4mol·L^-1试剂s1的DMF溶液中分别加入不同浓度Mg²⁺到试剂s1溶液中，随着Mg²⁺的加入，分别测得吸收光谱曲线。试剂s1在290nm和430nm 处的吸收峰逐渐降低，在350nm处的吸收峰逐渐红移至370nm处，同时在335nm和405nm处出现两个等吸收点。370nm与 290nm波长处形成比率吸收。

图6 不同浓度的Zn²⁺对试剂s1的比率吸收紫外光谱滴定图。

在浓度为1.00×10^-4mol·L^-1试剂s1的DMF/H₂O（1/4，v/v）溶液中分别加入不同浓度Zn²⁺到试剂s1溶液中，随着Zn²⁺的加入，分别测得吸收光谱曲线。试剂s1在290nm和420nm处的吸收峰逐渐降低，在350nm处的吸收峰逐渐红移，同时在330nm和400nm处出现两个等吸收点。350nm与290nm波长处形成比率吸收。

图7 试剂s1比率吸收紫外光谱法检测Mg²⁺的校准曲线。

纵坐标为吸收波长分别为370nm和290nm处的吸光度比值，横坐标为Mg²⁺的浓度。Mg²⁺响应的浓度线性范围为9.0×10^-7～1.1×10^-5mol·L^-1。

图8 试剂s1比率吸收紫外光谱法检测Zn²⁺的校准曲线。

纵坐标为吸收波长分别为350nm和290nm处的吸光度比值，横坐标为Zn²⁺的浓度。Zn²⁺响应的浓度线性范围为9.0×10^-7～1.0×10^-5mol·L^-1。

图9. DMF溶液中的试剂s1在不同阴离子存在下的吸收光谱。

浓度为1.00×10^-4mol·L^-1试剂s1的DMF溶液，分别不加阴离子或加入2.00×10^-3mol·L^-1阴离子F^-，Cl^-，Br^-，I^-，HSO₄ ^-，AcO^-，NO₃ ^-，ClO₄ ^-，PF₆ ^-，H₂PO₄ ^-后的紫外吸收光谱。试剂s1的DMF溶液在290nm、348nm和420nm处有吸收，F^-的加入使试剂s1在290nm处的吸收峰降低，348nm处的吸收峰红移至360nm且吸光度增强，420nm的吸收峰紫移至390nm处且吸光度增强，同时在348nm处出现一个等吸收点，其他实验金属离子的加入几乎不改变试剂s1的吸收光谱。

图10. 共存阴离子对试剂s1比率吸收紫外光谱法检测F^-的影响。

在浓度为1.00×10^-4mol·L^-1的试剂s1的DMF溶液中，加入2.00×10^-3 mol·L^-1的F^-后，348nm处的吸收峰红移至360nm，420nm处的吸收峰紫移至390nm。再分别向试剂s1-F^-混合溶液中加入浓度为F^-浓度10倍量的其他阴离子Cl^-，Br^-，I^-，HSO₄ ^-，AcO^-，NO₃ ^-，ClO₄ ^-，PF₆ ^-，H₂PO₄ ^-，PF₆ ^-之一后，测定吸光度变化。黑色条表示在试剂s1溶液中分别加入不同阴离子后在390nm和290nm处的吸光度比值。白色条表示在试剂s1-F^-混合溶液中分别加入上述其他阴离子共存后的吸光度比值。表明试剂s1检测F^-的比率吸收不受上述其他阴离子共存的影响。纵坐标为390nm与290nm处的吸光度比值。

图11. 不同浓度的F^-对试剂s1比率吸收紫外光谱滴定图。

在浓度为1.00×10^-4mol·L^-1的试剂s1的DMF溶液中分别加入不同浓度F^-到试剂s1溶液中，随着F^-的加入，分别测得的吸收光谱曲线。试剂s1在348nm处出现一个等吸收点。290nm与390nm波长处的吸收形成比率吸收。

图12. 试剂s1比率吸收紫外光谱法检测F^-的校准曲线。

纵坐标为吸收波长分别为390nm与290nm处的吸光度比值，横坐标为F^-的浓度。F^-响应的浓度线性范围为8.0×10^-7～1.2×10^-5mol·L^-1。

具体实施方式

实施例一：

本发明分析方法中各试剂的配制方法：

（1）试剂s1溶液的配制：称取21.5 mg的试剂s1，用DMF溶解，配制成500mL溶液，浓度为1.00×10^-4 mol·L^-1；称取21.5 mg的试剂s1，用DMF/H₂O（1/4，v/v）溶解，配制成500mL溶液，浓度为1.00×10^-4 mol·L^-1。

（2）Mg²⁺标准溶液：称取25.6mg分析纯Mg(NO₃)₂，用二次蒸馏水溶解，并配制成100mL溶液，Mg²⁺的浓度为2.00×10^-3 mol·L^-1；根据需要用二次蒸馏水逐级稀释到适宜的浓度；其他实验用金属离子配制方法相同。

（3）Zn²⁺标准溶液：称取29.7mg分析纯Zn(NO₃)₂，用二次蒸馏水溶解，并配制成100mL溶液，Zn²⁺的浓度为2.00×10^-3 mol·L^-1；根据需要用二次蒸馏水逐级稀释到适宜的浓度；其他实验用金属离子配制方法相同。

（4） F^-标准溶液：称取52.2 mg四丁基氟化铵用DMSO溶解，配制成100 mL溶液，F^-浓度为2.00×10^-3 mol×L^-1。其他阴离子的配制相同。

本发明所用紫外-可见分光光度计型号为UV-1800，日本岛津公司公司生产。

本发明方法中的试剂s1作为微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-离子的检测试剂，具有检测性能优越、检测的稳定性好、背景干扰小、选择性高、检测限低、不需要分离、能在水溶性或非水介质条件下测试等优点。操作及控制方法简便，性能独特。

实施例二：

（1）检测Mg²⁺离子

在10.0 mL 容量瓶中加入试剂s1的DMF储备液（1.00×10^-4 mol·L^-1，1mL），Mg²⁺（2.00×10^-3mol·L^-1，1 mL），用DMF溶液稀释至刻度，摇匀进行紫外吸收光谱测定。

在1cm的比色皿中加入约3ml的试剂s1（1.00×10^-4 mol·L^-1）的DMF溶液进行紫外吸收光谱测试，试剂s1中加入Mg²⁺（2.00×10^-3 mol·L^-1）后，使试剂s1在290nm和420nm处的吸收峰降低，350nm处的吸收峰红移且吸光度增加了0.135，同时在335nm和405nm处出现两个等吸收点。相同条件下，在试剂s1溶液中分别加入Zn²⁺，Ca²⁺，Hg²⁺，Ba²⁺, Pb²⁺，Cd²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Sr²⁺，Cr³⁺，Cu²⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺，Ag⁺，Al³⁺，Fe³⁺金属离子后，几乎不会改变试剂s1的吸收光谱及强度，试剂s1仅对Mg²⁺有选择性检测响应性能，选择370nm和290nm波长处吸光度的比值进行定量测定（附图1）。

上述测试条件下，试剂s1检测Mg²⁺在370nm和290nm处的比率吸收值在上述金属离子分别作为共存离子存在于试剂s1-Mg²⁺混合溶液中，当共存金属离子浓度为测试的Mg²⁺离子浓度10倍时，对检测Mg²⁺的比率吸光度影响的相对偏差在 5%以内，不干扰测定（附图3）。

上述测试条件下，分别测定Mg²⁺浓度改变与试剂s1的紫外吸收光谱变化及在370nm和290nm处的吸光度比值，获得吸收光谱滴定曲线（附图5）及校准曲线（附图7）。由校准曲线的斜率和测定10次空白值的标准偏差，测定并计算得到试剂s1比率吸收紫外光谱法检测Mg²⁺的浓度线性范围和检出限列于表2。

表2 试剂s1检测Mg2+离子的分析参数

校准曲线线性范围mol·L^-1	相关系数	检测限mol·L^-1
			9.0×10^-7～1.1×10^-5	0.9932(n=11)	2.12×10^-7

（2）检测Zn²⁺离子

在10.0 mL 容量瓶中加入试剂s1的DMF/H₂O（1/4，v/v）（1.00×10^-4 mol·L^-1，1mL），Zn²⁺（2.00×10^-3mol·L^-1，1mL），用DMF/H₂O（1/4，v/v）溶液稀释至刻度，摇匀进行紫外吸收光谱测定。

在1cm的比色皿中加入约3ml的试剂s1（1.00×10^-4 mol·L^-1）的DMF/H₂O（1/4，v/v）溶液进行紫外吸收光谱测试，试剂s1中加入Zn²⁺（2.00×10^-3 mol·L^-1）后，使试剂s1在290nm和420nm处的吸收峰降低，350nm处的吸收峰红移且吸光度增加了0.121，同时在330nm和400nm处出现两个等吸收点。相同条件下，在试剂s1溶液中分别加入Mg²⁺，Ca²⁺，Hg²⁺，Ba²⁺，Pb²⁺，Cd²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Sr²⁺，Cr³⁺，Cu²⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺，Ag⁺，Al³⁺，Fe³⁺金属离子后，几乎不会改变试剂s1的吸收光谱及强度，试剂s1仅对Zn²⁺有选择性检测响应性能，选择350nm和290nm波长处吸光度的比值进行定量测定（附图2）。

上述测试条件下，试剂s1检测Zn²⁺在350nm和290nm处的比率吸收值在上述金属离子分别作为共存离子存在于试剂s1-Zn²⁺混合溶液中，当共存金属离子浓度为测试的Zn²⁺离子浓度10倍时，对检测Zn²⁺的比率吸光度影响的相对偏差在 5%以内，不干扰测定（附图4）。

上述测试条件下，分别测定Zn²⁺浓度改变与试剂s1的紫外吸收光谱变化及在350nm和290nm处吸光度比值，获得吸收光谱滴定曲线（附图6）及校准曲线（附图8）。由校准曲线的斜率和测定10次空白值的标准偏差，测定并计算得到试剂s1比率吸收紫外光谱法检测Zn²⁺的浓度线性范围和检出限列于表3。

表3 试剂s3检测Zn2+离子的分析参数

校准曲线线性范围mol·L^-1	相关系数	检测限mol·L^-1
			9.0×10^-7～1.0×10^-5	0.9965(n=11)	3.54×10^-7

（3）检测F^-离子

在10.0 mL 容量瓶中加入试剂s1的DMF溶液(1.00×10^-4 mol·L^-1，1mL)，F^-（2.00×10^-3 mol·L^-1，1mL）。用DMF溶液稀释至刻度，摇匀，移入1cm的石英比色皿进行紫外吸收光谱测定。

对试剂s1（1.00×10^-4 mol·L^-1）的DMF溶液进行紫外吸收光谱扫描，加入F^-（浓度为2.00×10^-3 mol·L^-1）后，F^-的加入使试剂s1在290nm处的吸收峰降低，348nm处的吸收峰红移至360nm且吸光度增加了0.075，420nm的吸收峰紫移至390nm处且吸光度增加了0.290，同时在348nm处出现一个等吸收点。相同条件下，在试剂s1溶液中分别加入Cl^-，Br^-，I^-，HSO₄ ^-，NO₃ ^-，AcO^-，ClO₄ ^-，PF₆ ^-，H₂PO₄ ^-阴离子后，几乎不会改变试剂s1的吸收光谱及强度，试剂s1仅对F^-有选择性检测响应性能，选择390nm和290nm波长处吸光度的比值进行定量测定（附图9）。

上述测试条件下，试剂s1检测F^-在390nm和290nm处的比率吸收值在上述阴离子分别作为共存离子存在于试剂s1-F^-混合溶液中，当共存阴离子浓度为测试的F^-离子浓度10倍时，对检测F^-的比率吸光度影响的相对偏差在 5%以内，不干扰测定（附图10）。

上述测试条件下，分别测定F^-+浓度改变与试剂s1的紫外吸收光谱变化及在390nm和290nm处吸光度比值，获得吸收光谱滴定曲线（附图11）及校准曲线（附图12）。由校准曲线的斜率和测定10次空白值的标准偏差，测定并计算得到试剂s1比率吸收紫外光谱法检测F^-的浓度线性范围和检出限列于表4。

表4 试剂s1检测F-离子的分析参数

校正曲线线性范围mol·L^-1	相关系数	检测限mol·L^-1
			8.0×10^-7～1.2×10^-5	0.9916(n=11)	3.54×10^-7

实施例三：本发明中试剂s1即双-(7-羟基-香豆素-8-醛)缩乙二胺的合成制备

（1） 7-乙酸酐香豆素的合成

N₂保护下，在250mL的三口烧瓶中加入二氯甲烷 120 mL，7-羟基香豆素（9.3g，57.3 mmol），搅拌溶解，再加入乙酸酐（11.7g，114.6mmol），吡啶7～8滴，室温下反应12h，反应完成后先减压蒸馏除去溶剂，用水溶解后用乙酸乙酯萃取，饱和食盐水洗涤，硫酸钠干燥，过滤，减压蒸馏除去溶剂，粗产品柱层析分离（洗脱剂：氯仿）得白色产品7-乙酸酐香豆素11.16g，产率95.4%。

（2）中间体原料8-甲酰-7-羟基香豆素的合成

N₂保护的冰浴下，在250mL的三口烧瓶中加入加入7-乙酸酐香豆素（15g，73.51mmol），三氟乙酸 100 mL，搅拌，待温度降至0℃时，再加入六次甲基四胺（15g，106.26mmol），冰浴下反应1h，将反应温度逐渐升至室温，再回流搅拌反应8h，减压蒸馏除去溶剂，在剩余溶液中加入水150mL，将混合物升至60℃搅拌30min，过滤，滤液用氯仿萃取，饱和食盐水洗涤，硫酸钠干燥，过滤，减压蒸馏除去溶剂，沉淀部分合并，柱层析分离（洗脱剂：氯仿/甲醇，v/v，100/1）得乳白色8-甲酰-7-羟基香豆素2.61g，产率18.6%。

（3）双-(7-羟基-香豆素-8-醛)缩乙二胺的合成

N₂保护下，在250ml三口烧瓶中，加入8-甲酰-7-羟基香豆素（600mg，3.16mmol），70mL无水乙醇，搅拌，升温待其溶解后，降至室温。将乙二胺（90mg，1.58mmol）溶于20mL无水乙醇后逐滴加入，加热回流反应3.5h。反应完成后过滤，用氯仿甲醇重结晶，得到乳白色目标产物510mg，产率为80.5%。m.p. ＞300 ℃; 1H NMR (CDCl3, 400MHz), δ(ppm): 4.06(s, 2H), 6.099(d, 1H, J= 9.6Hz), 6.554(d, 1H, J=9.2 Hz), 7.517(d, 1H, J=8.8Hz), 7.855(d, 1H, J= 9.2Hz), 8.934(s, 1H), 14.389(s, 1H); ESI-MS: m/z427.0 [M+Na]+。

Claims

1.一种分别检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的比率吸收紫外光谱法，其特征是用化学名称为双-(7-羟基-香豆素-8-醛)缩乙二胺的化合物，简写为s1，作为紫外光谱比率吸收法用于检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的试剂；（1）试剂s1在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中测定Mg²⁺时，在290nm，370nm和430nm波长处形成比率吸收，在335nm和405nm波长处有等吸收点，在Mg²⁺一定浓度范围内，370nm和290nm波长处吸光度比值与Mg²⁺浓度成线性关系，用比率吸光度法测定Mg²⁺；（2）试剂s1在DMF/H₂O的体积比为1/4溶液中测定Zn²⁺时，在290nm，350nm和420nm波长处形成比率吸收，在330nm和400nm波长处有等吸收点，在Zn²⁺一定浓度范围内，350nm和290nm波长处吸光度比值与Zn²⁺浓度成线性关系，用比率吸光度法测定Zn²⁺；（3）试剂s1在DMF溶液中测定F^-时，在290nm和390nm波长处形成比率吸收，在348nm波长处有等吸收点，在F^-一定浓度范围内，390nm和290nm波长处吸光度比值与F^-度成线性关系，用比率吸光度法测定F^-。

2.根据权利要求1所述的一种分别检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的比率吸收紫外光谱法，其特征是（1）测定Mg²⁺时，其它共存金属离子：Zn²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺,Sr²⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Cd²⁺，Pb² ⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺，Ag⁺，Al³⁺，Fe³⁺，Cr³⁺之一，在浓度为Mg²⁺浓度10倍量时，对Mg²⁺的测定无干扰；（2）测定Zn²⁺时，其它共存金属离子：Mg²⁺，Ca²⁺，Ba²⁺,Sr²⁺，Hg²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺， Ag⁺，Al³⁺，Fe³⁺，Cr³⁺之一，在浓度为Zn²⁺浓度10倍量时，对Zn²⁺的测定无干扰；（3）测定F^-时，其它共存阴离子：Cl^-，Br^-，I^-，HSO₄ ^-，AcO^-，NO₃ ^-，ClO₄ ^-，PF₆ ^-，H₂PO₄ ^-，PF₆ ^-，在浓度与F^-浓度相当时，对F^-的测定无干扰。

3.根据权利要求1所述的一种分别检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的比率吸收紫外光谱法，其特征是（1）试剂s1检测微量Mg²⁺的浓度线性范围为9.0×10^-7～1.1×10^-5mol·L^-1，检测限低至10^-7 mol·L^-1；（2）试剂s1检测微量Zn²⁺的浓度线性范围为9.0×10^-7～1.0×10^-5mol·L^-1，检测限低至10^-7 mol·L^-1；（3）试剂s1检测微量F^-的浓度线性范围为8.0×10^-7～1.2×10^-5mol·L^-1，检测限低至10^-7 mol·L^-1。

4.根据权利要求1所述的一种分别检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的比率吸收紫外光谱法，其特征是所述试剂s1化学结构式为：

分子式：C₂₂H₁₆N₂O₆

分子量：404.10

熔点：大于300℃

光谱性质：DMF溶液中，在290 nm，350nm和420nm波长有紫外吸收；在DMF溶液中与Mg²⁺形成配合物后，在290nm，370nm和430nm波长处形成比率吸收，在335nm和405nm波长处有等吸收点；DMF/H₂O的体积比为1/4溶液中与Zn²⁺形成配合物后，在290nm、350nm和420nm波长处形成比率吸收，在330nm和400nm处有等吸收点；在DMF溶液中与F^-形成配合物后，在390nm和290nm波长处形成比率吸收，在348nm处有等吸收点。

5.根据权利要求4所述的一种分别检测微量Mg²⁺、Zn²⁺或F^-的比率吸收紫外光谱法，其特征是所述试剂s1的制备方法为以7-羟基香豆素为原料，二氯甲烷为溶剂，用乙酸酐对7-羟基香豆素中7-位的羟基进行保护得到7-乙酰氧基香豆素后，以三氟乙酸为催化剂和溶剂，与六次甲基四胺反应得到中间体8-甲酰基-7-羟基香豆素；再由中间体8-甲酰基-7-羟基香豆素与乙二胺在乙醇溶液中反应得到试剂s1即双-(7-羟基-香豆素-8-醛)缩乙二胺，合成路线如下：

具体合成工艺条件为：

（1）7-乙酰氧基香豆素的合成

反应温度：室温

反应时间：12h

反应溶剂：二氯甲烷

洗脱剂：氯仿

（2）中间体8-甲酰基-7-羟基香豆素的合成

反应温度：回流

反应时间：9 h

反应溶剂：三氟乙酸

洗脱剂：氯仿/甲醇的体积比=100/1

（3）双-(7-羟基-香豆素-8-醛)缩乙二胺

N₂保护下，在250ml三口烧瓶中，加入8-甲酰-7-羟基香豆素，无水乙醇，搅拌，升温待其溶解后，降至室温，将乙二胺溶于无水乙醇后逐滴加入，摩尔比按8-甲酰-7-羟基香豆素:乙二胺=1:0.4～0.6，加热回流，过滤，用氯仿和甲醇重结晶得到乳白色固体双-(7-羟基-香豆素-8-醛)缩乙二胺：

反应温度：回流

反应时间：3.5 h

反应溶剂：乙醇。