CN104560010A - 一种荧光探针及其在检测二价铁中的应用 - Google Patents

Abstract

一种荧光探针及其在检测二价铁中的应用涉及一类在Fe²⁺存在下荧光发生增强且荧光强度正比于Fe²⁺浓度的荧光探针。本发明提供了一种可用于选择性检测并定量测定矿石中Fe²⁺的荧光探针。本发明采用BODIPY染料作为荧光母体，在BODIPY母体上引入四甲基哌啶氧结构作为与Fe²⁺反应的活性中心，以实现选择性地检测和定量测定Fe²⁺；并同时利用四甲基哌啶氧与二价铁反应前后电子性质的变化及其对整个化合物荧光性质的影响调变探针分子的荧光性质。

Description

一种荧光探针及其在检测二价铁中的应用

技术领域

本发明涉及一类用于检测二价铁离子的荧光探针，具体的说，是一类在二价铁离子存在下荧光发生增强，并且其荧光强度正比于二价铁离子含量的荧光探针。 

背景技术：

铁是自然界普遍存在的元素，几乎所有矿石中都可检测到铁元素的存在。在衡量矿石的品质时，铁含量也就成为一个重要指标。传统上，铁含量的测定在溶液中采用基于邻菲罗啉的分光光度法。其采用原理是，利用还原剂将三价铁还原为二价铁(Fe²⁺)，二价铁在PH3～9之间与邻菲罗啉形成稳定的橙红色络合物，其在510nm处摩尔吸光系数为1.1×10⁴。测定样品溶液的吸光度，根据标准工作曲线即可求算二价铁的含量。该方法的不足之处包括：(1)选择性较差，许多自然界中存在的物质，如亚硝酸盐、焦磷酸盐、偏聚磷酸盐以及多种重金属离子都会影响测定结果；(2)灵敏度较低，一般只能检出浓度在10^-6mol／L以上的铁。因此，目前急需开发一种铁含量的测定方法，使其用于二价铁离子含量的测定，同时具有高的灵敏度和选择性。 

发明内容：

本发明就是针对上述问题，提供了一种可用于选择性检测溶液中二价铁的荧光探针，此探针可以选择性地与Fe²⁺作用，作用后荧光增强且荧光强度正比于二价铁的浓度，其检测限可达7.5×10^-8mol／L。 

为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案：采用BODIPY染料作为荧光母体，在BODIPY母体上引入四甲基哌啶氧结构作为与Fe²⁺反应的活性中心，以实现选择性地检测Fe²⁺；并同时利用四甲基哌啶氧与二价铁作用前后电子性质的变化及其对整个化合物荧光性质的影响调变探针分子的荧光性质。具体的说， 就是由于四甲基哌啶氧结构中单电子的存在，当探针被激发时，会发生从四甲基哌啶氧向BODIPY染料母体的电子转移，从而猝灭BODIPY染料的荧光；当体系中有二价铁存在时，其会与探针反应，破坏哌啶氧的单电子结构，从而抑制激发态光诱导电子转移过程而使荧光恢复。 

所述的荧光探针的通式为： 

其中，R₁、R₂为H、C₁～C₂₀的烷基、C₅～C₂₀的环烷基、芳基、磺酸基、羧基、羟基、卤素、氨基、胺基、烷氧基或氰基；R₁、R₂相同或不同。 

R₁、R₂为芳基或C₅～C₂₀的环烷基时，与各自相连的吡咯环以单键的方式连接或以并环的方式连接 

将通式I应用于Fe²⁺测定时，其是与Fe²⁺作用后，生成具有通式II结构的化合物，从而导致荧光的改变，且荧光强度正比于Fe²⁺的浓度。 

通式I可对Fe²⁺进行定性、定量的检测。 

将浓度呈梯度变化的Fe²⁺水溶液分别加入通式I的水溶液中，分别测定加入后各体系的荧光强度，然后以Fe²⁺溶液的浓度和加入探针后体系的荧光强度为横坐标、纵坐标作图，根据荧光强度，即可从图中读出待测溶液中Fe²⁺的含量。 

用通式I测定矿石中Fe²⁺的含量，其荧光强度随矿石溶解液中Fe²⁺的浓度而改变，能够对矿石溶解液中的Fe²⁺的进行定性和定量测定。 

用通式I测定矿石中总铁的含量，包括如下两道工序：(1)用还原剂将矿石溶解液中的三价铁还原为二价铁；(2)用通式I测定还原后的矿石溶解液中的二价铁含量。所用三价铁还原剂可以为抗坏血酸，硫代乙醇酸，盐酸羟胺，氢醌，亚硫酸氢盐，亚硫酸盐，硫酸肼，焦亚硫酸盐等中的一种或几种。 

本发明的有益效果： 

这类化合物用作二价铁荧光探针，用于测定样品中二价铁的含量时，相比于传统的基于邻菲罗啉的分光光度法，具有选择性好、灵敏度高的优点。既可有效避免待测样品中其他物质的干扰，又可更灵敏的检测到铁的存在及其含量。 

附图 

附图1：本发明所述探针的合成路线示意图 

附图2：探针对二价铁的选择性示意图 

附图3：探针荧光强度与Fe2+浓度之间的线性关系 

具体实施方式：

实施例用于进一步说明本发明，但本发明不限于实施例。 

实施例1(探针的合成) 

探针合成采用附图1所示的路线，吡咯底物以2，4-二甲基吡咯为例：在氮气氛下，向250ml圆底烧瓶内依次加入150ml无水二氯甲烷，0.18g四甲基哌啶氧-4-甲醛，0.19g2，4-二甲基吡咯，以及2滴三氟乙酸。气相色谱跟踪反应至2，4-二甲基吡咯反应完全，加入0.23gDDQ继续反应15min。进一步向反应体系中加入0.7g三乙胺，1.56g BF3-Et20，搅拌反应3h后，除去溶剂，柱层析得到探针产品。MS：[M+1]，403 

实施例2(探针对二价铁的选择性响应) 

于10ml比色管中加入10μM上述探针，再加入20mM PBS控制pH7.0，再加超纯水到5ml，摇匀，然后加入各种待测物(空白实验不加待测物)，最后用超纯水定容到10ml。摇匀溶液，将工作液倒进荧光皿测定荧光光谱。探针对Fe²⁺的选择性如图2所示。图2表明探针对Fe²⁺具有很好的选择性，当体系中存在Fe2+时其荧光增强。其他物种如Cu²⁺，Zn²⁺，Cd²⁺，Na⁺，K⁺，Fe³⁺，Ni²⁺，NO₂ ^-，NO₃ ^-，CO₃ ^2-，PO₄ ^3-，P₂0₇ ^4-均不能使其荧光增强，不干扰二价铁的测定。 

实施例3(探针用于Fe²⁺定量测定) 

于10ml比色管中加入10μM上述探针，再加入20mM PBS控制pH7.0，再加超纯水到5ml，摇匀，然后加入不同浓度Fe²⁺，最后用超纯水定容到10ml。摇匀溶液，倒进荧光皿测定荧光光谱，取各荧光光谱最大值，输入软件OriginPro8.0，得到线性工作曲线。 

定容后Fe²⁺浓度：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10μM. 

图3表示探针荧光强度与Fe²⁺浓度之间的线性关系，曲线的线性回归常数为0.9963，表明探针能定量的测定Fe²⁺的浓度。 

实施例4(矿石中总铁含量的测定) 

准确称取某矿石0.0105g，用酸溶解并用盐酸羟氨还原后，稀释并定容至100ml。准确量取上述溶液0.03ml，加入10uM上述荧光探针，加入20mMPBS控制PH7.0，定容至10ml，摇匀溶液，倒进荧光皿测定荧光光谱。读取其荧光强度并根据工作曲线确定其浓度为3.2×10^-6M。由此推算矿石总铁含量为57％。 

Claims (9)

1.一种荧光探针，其特征在于，所述荧光探针的通式为：

其中，R₁、R₂为H、C₁～C₂₀的烷基、C₅～C₂₀的环烷基、芳基、磺酸基、羧基、羟基、卤素、氨基、胺基、烷氧基或氰基；R₁、R₂相同或不同。

2.根据权利要求1所述的荧光探针，其特征在于：R₁、R₂为芳基或C₅～C₂₀的环烷基时，与各自相连的吡咯环以单键的方式连接或以并环的方式连接。

3.一种权利要求1所述的荧光探针，在测定二价铁离子中的应用，其特征在于：将通式I应用于检测Fe²⁺时，其是在水溶液中与Fe²⁺作用，生成具有通式II结构的化合物，从而导致荧光的改变

4.根据权利要求3所述的荧光探针在检测Fe²⁺中的应用，其特征在于：通式I可对Fe²⁺进行定性检测。

5.根据权利要求3所述的荧光探针在检测Fe²⁺中的应用，其特征在于：通式I.可对Fe²⁺进行定量检测。

6.根据权利要求3所述的荧光探针在检测Fe²⁺中的应用，其特征在于：用通式I测定矿石中的Fe²⁺的含量，其荧光强度随矿石溶解液中Fe²⁺的浓度而改变，能够对矿石中Fe²⁺的含量进行测定。

7.根据权利要求3所述的荧光探针在检测Fe²⁺中的应用，其特征在于：用通式I可以测定矿石中总铁的含量。

8.根据权利要求7所述的用通式I测定矿石中总铁的含量，其特征在于：其是包括如下两道工序，(1)用还原剂将矿石溶解液中的三价铁还原为二价铁；(2)用通式I测定还原后的矿石溶解液中的二价铁含量。

9.根据权利要求8所述的还原剂，其特征在于：其可为抗坏血酸，硫代乙醇酸，盐酸羟胺，氢醌，亚硫酸氢盐，亚硫酸盐，硫酸肼，焦亚硫酸盐等中的一种或几种就行。