CN105181686A - 检测环境中氟离子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用比色探针检测环境中氟离子的方法。本发明的方法不仅能够高选择性地识别氟离子而且能够用裸眼观察的方式对氟离子进行定量和定性分析。本发明的方法可以快速对氟离子实现响应，可以实现对氟离子的即时检测。

Description

检测环境中氟离子的方法
技术领域
本发明涉及检测氟离子的方法，尤其涉及通过作为氟离子比色探针的4-叔丁基二苯基硅氧基苯乙烯类化合物的检测氟离子的方法。
背景技术
在环境和生物体中，阴离子是无处不在的，它存在于环境中的空气、水以及土壤，存在于人体的器官、细胞，甚至是细胞液中，它在环境和生态系统中扮演着极其重要的角色。而作为阴离子中最小的氟离子，是生物生命活动的必需元素，在牙齿保健和治疗骨质疏松症等方面有着重要作用。为了人体中能够含有足量的氟离子，人们将它作为一种重要的添加剂，常用于牙膏、药物和饮用水中。然而，过量的氟不仅对水生生物和植物有毒性作用，也会造成严重的人体健康问题。例如较高浓度的氟化钠(NaF)可以干扰正常的细胞代谢。急性摄入大剂量或长期摄入低剂量的氟，可以导致急性胃病和肾功能紊乱、牙齿和骨骼慢性中毒、结石病，严重的甚至可以导致死亡。目前，全世界仍然有许多人在饮用含有高氟的水源，这对人类的健康产生了威胁。
鉴于此，研究一种能够检测氟离子存在和含量的方法，不管在临床疾病的治疗、保护环境还是学术研究方面都有着极其重要的作用。虽然检测氟离子的方法有很多，但不幸的是毛细管电泳法灵敏度低，氟离子选择性电极的重现性差，氟离子核磁共振的成本高，严重限制了其应用和发展。由于比色探针操作简单，成本低廉，甚至可以将分子识别信号转换成颜色的变化，不需要昂贵的仪器直接可以裸眼观察，因此，比色探针与其他识别方法相比具有显著优势。
发明内容
本领域急需一种检测环境中氟离子的方法。为此，本发明提供了一种利用新颖的氟离子比色探针来快速、特异性地检测氟离子的方法。
具体而言，本发明提供了一种利用氟离子比色探针(4-叔丁基二苯基硅氧基苯乙烯类化合物)来检测氟离子的方法。
本发明的检测方法中所采用的氟离子比色探针可与氟离子进行作用，产生吸收光谱的变化(同时伴随着不同的颜色变化)，从而实现对氟离子的定量检测。
具体而言，本发明的检测方法中所采用的氟离子比色探针分别与其他阴离子进行作用均不能导致吸收光谱的明显改变，从而实现对氟离子的选择性识别，进而可任选地用于排除其他阴离子的存在对氟离子的定量测定的干扰。
可选择地，本发明的检测方法中所采用的氟离子比色探针的稳定性好，进而能够长期保存使用。
进一步的，本发明的检测氟离子的方法能够快速高选择性检测氟离子，操作简单，有利于商业化的推广应用。
附图说明
图1(图1a和图1b)是不同浓度NaF(0～200μM)对探针(10μM)吸收光谱的影响。
图2是不同分析物(100μM)对探针(10μM)吸收光谱的影响。
图3是不同分析物(100μM)对探针(10μM)吸收光谱法定量分析NaF(100μM)的影响。
图4是探针(10μM)对100μM浓度NaF响应时间的测试结果。
具体实施方式：
本发明具体而言，提供了一种利用氟离子比色探针(4-叔丁基二苯基硅氧基苯乙烯类化合物)来检测氟离子的方法，其中所述的比色探针为
本发明的检测方法可包括如下的步骤：
(a)在乙腈中或者其他有机溶剂下将待检测的样品与比色探针接触后静置一段时间；
(b)测量在485nm处的吸收强度；和
(c)根据所测量的吸收强度计算待测样品中所含的氟离子浓度。
任选地，在实施本发明的方法之前、之中或之后确定吸收强度与氟离子浓度之间的对应关系，例如以表格或标准曲线的形式展示吸收强度与氟离子浓度之间的对应关系。
由于本发明的方法中所采用的比色探针和氟离子结合后能够产生颜色反应，并根据颜色的深浅可以定性或定量待测样品中氟离子的浓度。因此，本发明的方法可以包括如下的步骤：
(a)在乙腈中或者其他有机溶剂下将待检测的样品与比色探针接触后静置一段时间；
(b)观察比色探针和待测样品接触后的颜色；和
(c)根据颜色深浅定性或定量待测样品中所含的氟离子浓度。
本发明的检测方法中所采用的氟离子比色探针分别与其他阴离子进行作用均不能导致吸收光谱的明显改变，从而实现对氟离子的选择性识别，进而可任选地用于排除其他阴离子的存在对氟离子的定量测定的干扰。示例性的，本发明的方法中所采用的比色探针对氯离子Cl-、溴离子Br-、碘离子I-、硫酸根离子SO4 2-、硝酸根离子NO3 -、亚硝酸根离子NO2 -、和硫氰酸根离子SCN-均不能导致吸收光谱的明显改变。因此，本发明的方法具有很强的抗干扰能力。
本发明的方法可以快速高选择性识别氟离子，例如可以在20分钟内完成识别过程。，重要的是，本发明的氟离子比色探针还能够用“裸眼”观察的方式进行定性和定量分析。
下面将通过借助以下实施例来更详细地说明本发明。以下实施例仅是说明性的，应该明白，本发明并不受下述实施例的限制。
实施例1
(方案1)将174mg(1.0mmol)2-氰基苯并噻唑、542mg(1.5mmol)4-叔丁基二苯基硅氧基苯甲醛和50μL哌啶溶于20mL乙醇中，25℃下搅拌反应8h后，减压过滤得到粗产品，然后使用二氯甲烷和石油醚的混合体系(v/v,1:1)进行柱色谱分离，得到淡黄色纯净产品419mg，产率为81﹪。
(方案2)将174mg(1.0mmol)2-氰基苯并噻唑、722mg(2.0mmol)4-叔丁基二苯基硅氧基苯甲醛和50μL哌啶溶于20mL乙醇中，25℃下搅拌反应8h后，减压过滤得到粗产品，然后使用二氯甲烷和石油醚的混合体系(v/v,1:1)进行柱色谱分离，得到淡黄色纯净产品455mg，产率为88﹪。
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ(*10-6):1.04(s,9H),6.77(d,J＝8.0Hz,2H),7.29-7.41(m,8H),7.63(d,J＝8.0Hz,4H),7.72-7.77(m,3H),7.94(d,J＝8.0Hz,1H),7.98(s,1H)；13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ(*10-6):18.51,25.44,101.43,116.01,119.70,120.61,122.36,124.58,124.73,125.83,126.76,127.05,129.33,130.97,131.54,133.78,134.43,145.57,152.62,158.56,162.43.ESI-MS计算值C32H29N2OSSi[M+H]+517；实测值517。
实施例2
本发明的发明人进行了如下测试：(a)不同浓度NaF(0～200μM)对探针(10μM)吸收光谱的影响；(b)485nm处的吸收强度与加入的NaF浓度(0,1,2,4,6,8,10,15,20,30,40,60μM)之间的线性关系。上述测定是在乙腈中进行的，且所有光谱测试都是在25℃下NaF加入作用20min后测得的。结果参见图1。
从图1可以看出，伴随着探针溶液中NaF浓度的增加，吸收光谱逐渐升高，且在0～60μMNaF浓度范围内和吸收值成良好的线性关系。因此，本发明的探针能较精确地确定待测血液样本或环境中氟离子的含量。
实施例3
不同分析物(100μM)对探针(10μM)吸收光谱的影响。分析物包括：氯离子Cl-、溴离子Br-、碘离子I-、硫酸根离子SO4 2-、硝酸根离子NO3 -、亚硝酸根离子NO2 -、硫氰酸根离子SCN-和氟离子F-，它们的浓度均为100μM。所有测试条件是在乙腈中完成，且所有光谱都是在25℃下分析物加入作用20min后测得的。移取50μL的探针储备液(1mM)放进5mL比色管中，然后加入3mL乙腈，再移取50μL上述分析物储备液(10mM)加入比色管内，然后用乙腈定容至5mL。摇匀，静置20min，即可测定。结果如图2所示。
从图2可以看出，探针对氟离子具有很高的选择性，能够专一性地和氟离子进行反应。在乙腈溶液中，与其他分析物相比，所以探针与氟离子反应后，吸收光谱有明显升高；而生物体内存在的其他常见阴离子与探针作用后吸收强度并不发生明显变化。
实施例4
不同分析物(100μM)对探针(10μM)吸收光谱法定量分析氟离子(100μM)的影响。分析物包括：氯离子Cl-、溴离子Br-、碘离子I-、硫酸根离子SO4 2-、硝酸根离子NO3 -、亚硝酸根离子NO2 -、硫氰酸根离子SCN-和氟离子F-，它们的浓度均为100μM。所有测试条件是在乙腈中完成，且所有光谱都是在25℃下分析物加入作用20min后测得的。结果如图3所示。
从图3可以看出，生物体内存在的其他常见阴离子不会明显干扰探针对氟离子的定性与定量检测。
实施例5
探针(10μM)对100μM浓度NaF响应时间的测试结果。首先，移取50μL的探针储备液(1mM)放进5mL比色管中，向其加入4.5mL的乙腈，再移取50μL的NaF储备液(10mM)，最后用乙腈定容至5mL，快速摇匀，计时测定。结果如图4所示。
从图4中可以看出，当NaF加入探针溶液反应后，其吸收强度即发生明显变化，20分钟后吸收强度趋于稳定。这种吸收强度升高的快速性与明显性说明此探针完全可以用于氟离子的即时检测。

Claims (8)

1.在待测样品中检测氟离子的方法，其包括如下步骤：
(a)在乙腈中或者其他有机溶剂下将待检测样品与比色探针接触后静置一段时间；
(b)测量在485nm处的吸收强度；和
(c)根据所测量的吸收强度计算待测样品中所含的氟离子浓度，
其中所述比色探针为
2.根据权利要求1的方法，其中，在实施所述方法之前、之中或之后确定吸收强度与氟离子浓度之间的对应关系。
3.根据权利要求2的方法，其中所述的对应关系是以标准曲线的呈现。
4.根据权利要求1－3中任一项所述的方法，其中待测样品为水、土壤、食品、牙膏或体液。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述的体液为血液。
6.在待测样品中检测氟离子的方法，其包括如下步骤：
(a)在乙腈中或者其他有机溶剂下将待检测的样品与比色探针接触后静置一段时间；
(b)观察比色探针和待测样品接触后的颜色；和
(c)根据颜色深浅程度定性或定量待测样品中所含的氟离子浓度，
其中所述比色探针为
7.根据权利要求6所述的方法，其中待测样品为水、土壤、食品、牙膏或体液。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述的体液为血液。
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