CN105241852A - 一种荧光探针的制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种荧光探针的制备方法及其应用，属于化学传感材料领域。将荧光探针应用。将碳酰肼和羟基蒽醛溶于乙醇与水的混合液中，再滴加酸性溶液，得到荧光探针，将其命名为席夫碱荧光传感材料。再将该席夫碱荧光传感材料应用于汞离子检测。这类结构相对简单、易于合成的荧光分子探针在N,N-二甲基甲酰胺溶液中对Hg²⁺离子表现出很高的选择性和灵敏度,对Hg²⁺离子发生荧光增强,最低可检测的Hg²⁺离子浓度为1×10^-5mol/L。由于该化合物对汞离子具有高灵敏度、高选择性荧光检出,其他离子如Ag⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ca²⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、Pb²⁺、Mg²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺离子无干扰。因而可广泛适用于荧光通道检测的汞离子传感器中。

Description

一种荧光探针的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种荧光探针的制备方法及其应用，属于化学传感材料领域。

背景技术

汞是一种具有严重生理毒性的化学物质,由于其具有持久性、易迁移性和高度生物富集性,使其成为目前全球引人关注的环境污染物之一。环境中汞可通过食物链在生物组织里高度富集,从而对人和自然界造成巨大的危害。因此,如何有效地检测汞离子对于生物科学、环境科学以及医学等都有着重大意义。

迄今为止,对汞离子标准的检测方法主要有冷原子吸收光谱法以及二硫踪比色法。但这些方法普遍存在检测不够迅速、检测价格昂对、操作复杂、干扰大等问题,不仅需要繁琐的操作(如化学转化、掩蔽、分离、萃取等消除干扰的预处理过程),而且也需要相对复杂的仪器及熟练的技术人员才能得到可靠的分析结果,这显然不符合现代环境监测所要求的快速现场评价的要求。同时,为了有效减少汞的污染,简单、灵敏、迅速地检测工业废水中的汞离子也成了环境保护及控制、减少汞排放的重要手段之一。因此,在很多重要的应用场合,人们迫切需要一种能都快速、准确、低成本并能选择性地分析检测汞离子的方法。基于此,现代分析化学已发展出一类新颖的检测试剂,即所谓的化学传感器(Chemosensor)或荧光探针(参见文献:desilvaA.P,GunaratneH.Q.N,GunnlaugSSonT.,HuxleyA.J.M.,McCoyC.P.,RademacherJ.T.,Ricet.E.Chem.Rev.1997,97:1515-1566.)能够较好地满足以上几个要求。近几年来,设计和使用化学传感器来检测种技术离子逐渐成为一个新兴的研究热点。化学传感器自身对待测物种具有高度特异性的响应,也即具有高度选择性,因而在测定是可免除繁琐的样品预处理(如分离、掩蔽、萃取)过程；而其中一种,即荧光探针进而能把这种响应转化为直观的光学信号变化如颜色的转化、荧光信号的增强等,这不仅可减少复杂仪器的使用及相关检测人员的技术熟练程度的依赖,而且显著简化了检测程序及降低了检测成本。

基于对汞离子的重视,近几年以来,人们着眼于不同的化学传感机制,如光诱导电荷转移(photoinducedelectrontransfer,PET)、分子内电荷转移(intermolecularchargetransfer,ICT)、化学反应体系(Chemodosimeter)、氧化还原体系、螺吡喃体系、双分子层脂质体体系及寡聚核昔酸分子内能量转移体系,合成了多种汞离子的荧光探针。但这些荧光分子探针都存在不同的缺点,因此设计跟多性能良好的探针分子是很必要也很迫切的。

发明内容

本发明的目的是提供一种荧光探针的制备方法及其应用，将该荧光探针用于汞离子检测的方法对汞离子具有高度的选择性，且其他常用离子都无明显无干扰。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种荧光探针的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、将碳酰肼和羟基蒽醛溶于乙醇与水的混合液中，分散均匀后得到混合溶液；其中，碳酰肼和羟基蒽醛的摩尔比为1:2～3；水的体积小于总溶剂体积的30％；

步骤二、向步骤一所得的混合溶液中滴加酸性溶液；酸性溶液的添加量为不大于混合溶液体积的1％；然后升温至70℃～90℃，搅拌直至碳酰肼反应完全；将离心得到的沉淀物用无水甲醇冲洗，得到荧光探针，将其命名为席夫碱荧光传感材料。

所述酸性溶液包括冰醋酸、盐酸、硝酸、硫酸。

席夫碱荧光传感材料的结构如下所示：

一种荧光探针的应用方法，具体步骤如下：

步骤一、用有机溶剂将席夫碱荧光传感材料配制成C＝1×10^-5mol/L的席夫碱荧光传感材料分散液。

步骤二、将其他金属离子和Hg²⁺离子分别配制成与席夫碱荧光传感材料摩尔比为50的溶液；将步骤一制得的分散液分别与所述溶液混合，得到混合溶液；测定混合溶液的荧光强度值。

步骤三、配制Hg²⁺与席夫碱荧光传感材料摩尔比为0.5，1，2，5，10，20，30,40，50的溶液A；将步骤一制得的分散液分别于所述溶液A混合，得到混合溶液B；测定混合溶液B的荧光强度值的变化与Hg²⁺浓度的对应关系；即得到定量检测Hg²⁺的标准方程：y＝2848600+96477x-1318x²，其中y为所测的含Hg²⁺席夫碱荧光传感材料激发波长437nm处对应的荧光强度，x为样品中Hg²⁺的含量(单位：10^-5M)。

对检测结果进行检验

步骤四、将其他金属离子和Hg²⁺离子分别配制成与席夫碱荧光传感材料摩尔比为50的溶液；将步骤一制得的分散液与Hg²⁺离子溶液混合，得到混合溶液C；向混合溶液C中依次加入其他金属离子溶液，每次加入后检测溶液荧光强度的变化情况。

步骤一所述的有机溶剂包括：DMF或DMSO。

有益效果

1、本发明的一种荧光探针的应用，使用荧光光谱均实现了对Hg²⁺的定量检测，检测仪器相对廉价且反应快速、分析周期大大缩短、检测成本有效降低，可迅速、有效地检测出痕量的Hg²⁺，对于生物科学、环境科学以及医学等都有着重大意义。

2、本发明的一种荧光探针的制备方法，以碳酰肼和羟基蒽醛，通过一步合成反应制备了席夫碱荧光传感材料，仅一步反应，反应条件温和，反应后处理简单，所得产物产率高达99％。

附图说明

图1是本发明中席夫碱荧光传感材料的制备示意图；

图2是本发明中合成的席夫碱荧光传感材料与Hg²⁺和其他离子的定性荧光光谱图；

图3是本发明中合成的席夫碱荧光传感材料与Hg²⁺的定量荧光光谱图；

图4是本发明中合成的席夫碱荧光传感材料在436nm的荧光响应强度与Hg²⁺浓度关系图的；

图5是本发明中合成的席夫碱荧光传感材料与干扰离子作用前后的荧光光谱图；

具体实施方式

下面结合实施例与附图对本发明做进一步说明

实施例1

一种荧光探针的制备方法，如图1所示的合成路线，将180mg的碳酰肼和861mg的羟基蒽醛溶于分散了1mL冰醋酸的乙醇/水＝10:1的44mL混合溶液中，80℃中速搅拌回流12小时，反应液经高速离心，所的沉淀用无水甲醇冲洗。产率99％，将其命名为席夫碱荧光传感材料。

一种荧光探针的应用方法，具体步骤如下：

步骤一、用DMF将席夫碱荧光传感材料配制成C＝1×10^-5mol/L的席夫碱荧光传感材料分散液。

步骤二、配制Hg²⁺与席夫碱荧光传感材料摩尔比为0.5，1，2，5，10，20，30,40，50的溶液；将步骤一制得的分散液分别与所述溶液混合，得到混合溶液；测定混合溶液的荧光强度值。测定混合溶液的荧光强度值的变化与Hg²⁺浓度的对应关系；即得到定量检测Hg²⁺的标准方程：y＝2848600+96477x-1318x²，其中y为所测的含Hg²⁺席夫碱荧光传感材料激发波长437nm处对应的荧光强度，x为样品中Hg²⁺的含量(单位：10^-5M)。

步骤三、为验证本发明Hg²⁺检测方法的准确性和可靠性，采用人工为配制含Hg²⁺的九组试样，配制Hg²⁺与席夫碱荧光传感材料摩尔比为0.5，1，3，8，10，25，35,40，45的溶液。在充分搅拌均匀后采集荧光光谱，采用本发明检测方法中荧光光谱法对上述试样的Hg²⁺含量进行检测，其检测结果如下表所示。

表一：试样使用席夫碱荧光传感材料在DMF溶剂中对Hg²⁺的定量识别检测

由表一所示的结果可知，采用本发明方法对Hg²⁺含量的实际检测值与制作试样时加入的含量值，即理论含量基本相同，具有较小的误差范围。

步骤四、将Ag⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ca²⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、Pb²⁺、Mg²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺和Hg²⁺离子分别配制成与席夫碱荧光传感材料摩尔比为50的溶液；将步骤一制得的分散液与Hg²⁺离子溶液混合，得到混合溶液C；向混合溶液C中依次加入其他金属离子溶液，每次加入后检测溶液荧光强度的变化情况。由实验结果可知，荧光探针对金属离子Ag⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ca²⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、Pb²⁺、Mg²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺金属离子荧光响应很弱，对Hg²⁺特殊的响应时，证明荧光探针可以作为Hg²⁺的高效传感器而不受其他离子的干扰。

实施例2

席夫碱荧光传感材料的制备：将360mg的碳酰肼和1.812g的羟基蒽醛溶于分散了5mL冰醋酸的乙醇/水＝8:1的50mL混合溶液中，90℃中速搅拌回流10小时，反应液经高速离心，所的沉淀用无水甲醇冲洗。产率96％。

一种荧光探针的应用方法，具体步骤如下：

步骤一、用DMF将席夫碱荧光传感材料配制成C＝1×10^-5mol/L的席夫碱荧光传感材料分散液。

步骤二、配制Hg²⁺与席夫碱荧光传感材料摩尔比为0.5，1，2，5，10，20，30,40，50的溶液；将步骤一制得的分散液分别与所述溶液混合，得到混合溶液；测定混合溶液的荧光强度值。测定混合溶液的荧光强度值的变化与Hg²⁺浓度的对应关系；即得到定量检测Hg²⁺的标准方程：y＝2848600+96477x-1318x²，其中y为所测的含Hg²⁺席夫碱荧光传感材料激发波长437nm处对应的荧光强度，x为样品中Hg²⁺的含量(单位：10^-5M)。

步骤三、为验证本发明Hg²⁺检测方法的准确性和可靠性，采用人工为配制含Hg²⁺的九组试样，配制Hg²⁺与席夫碱荧光传感材料摩尔比为0.8，1，2，5，15，20，30,45，50的溶液。在充分搅拌均匀后采集荧光光谱，采用本发明检测方法中荧光光谱法对上述试样的Hg²⁺含量进行检测，其检测结果如下表所示

表二：试样使用席夫碱荧光传感材料在DMSO溶剂中对Hg²⁺的定量识别检测

由表二所示的结果可知，采用本发明方法对Hg²⁺含量的实际检测值与制作试样时加入的含量值，即理论含量基本相同，具有较小的误差范围。

步骤四、将其他金属离子和Hg²⁺离子分别配制成与席夫碱荧光传感材料摩尔比为50的溶液；将步骤一制得的分散液与Hg²⁺离子溶液混合，得到混合溶液C；向混合溶液C中依次加入其他金属离子溶液，每次加入后检测溶液荧光强度的变化情况。由实验结果可知，荧光探针对金属离子Ag⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ca²⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、Pb²⁺、Mg²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺金属离子荧光响应很弱，对Hg²⁺特殊的响应时，证明荧光探针可以作为Hg²⁺的高效传感器而不受其他离子的干扰。

实施例3

席夫碱荧光传感材料的制备：将120mg的碳酰肼和618mg的羟基蒽醛溶于乙醇/水＝9:1的40mL混合溶液中，95℃中速搅拌回流12小时，反应液经高速离心，所的沉淀用无水甲醇冲洗。产率94％。

一种荧光探针的应用方法，具体步骤如下：

步骤一、用DMF将席夫碱荧光传感材料配制成C＝1×10^-5mol/L的席夫碱荧光传感材料分散液。

步骤二、配制Hg²⁺与席夫碱荧光传感材料摩尔比为0.5，1，2，5，10，20，30,40，50的溶液；将步骤一制得的分散液分别与所述溶液混合，得到混合溶液；测定混合溶液的荧光强度值。测定混合溶液的荧光强度值的变化与Hg²⁺浓度的对应关系；即得到定量检测Hg²⁺的标准方程：y＝2848600+96477x-1318x²，其中y为所测的含Hg²⁺席夫碱荧光传感材料激发波长437nm处对应的荧光强度，x为样品中Hg²⁺的含量(单位：10^-5M)。

步骤三、为验证本发明Hg²⁺检测方法的准确性和可靠性，采用人工为配制含Hg²⁺的九组试样，配制Hg²⁺与席夫碱荧光传感材料摩尔比为0.5，1，2，4，15，20，35,40，48的溶液。在充分搅拌均匀后采集荧光光谱，采用本发明检测方法中荧光光谱法对上述试样的Hg²⁺含量进行检测，其检测结果如下表所示

表三：试样使用席夫碱荧光传感材料在DMSO溶剂中对Hg²⁺的定量识别检测

由表三所示的结果可知，采用本发明方法对Hg²⁺含量的实际检测值与制作试样时加入的含量值，即理论含量基本相同，具有较小的误差范围。

步骤四、将其他金属离子和Hg²⁺离子分别配制成与席夫碱荧光传感材料摩尔比为50的溶液；将步骤一制得的分散液与Hg²⁺离子溶液混合，得到混合溶液C；向混合溶液C中依次加入其他金属离子溶液，每次加入后检测溶液荧光强度的变化情况。由实验结果可知，荧光探针对金属离子Ag⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ca²⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、Pb²⁺、Mg²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺金属离子荧光响应很弱，对Hg²⁺特殊的响应时，证明荧光探针可以作为Hg²⁺的高效传感器而不受其他离子的干扰。

实施例4

席夫碱荧光传感材料的制备：将160mg的碳酰肼和766mg的羟基蒽醛溶于乙醇/水＝5:1的60mL混合溶液中，75℃中速搅拌回流10小时，反应液经高速离心，所的沉淀用无水甲醇冲洗。产率86％。

一种荧光探针的应用方法，具体步骤如下：

步骤一、用DMF将席夫碱荧光传感材料配制成C＝1×10^-5mol/L的席夫碱荧光传感材料分散液。

步骤二、配制Hg²⁺与席夫碱荧光传感材料摩尔比为0.5，1，2，5，10，20，30,40，50的溶液；将步骤一制得的分散液分别与所述溶液混合，得到混合溶液；测定混合溶液的荧光强度值。测定混合溶液的荧光强度值的变化与Hg²⁺浓度的对应关系；即得到定量检测Hg²⁺的标准方程：y＝2848600+96477x-1318x²，其中y为所测的含Hg²⁺席夫碱荧光传感材料激发波长437nm处对应的荧光强度，x为样品中Hg²⁺的含量(单位：10^-5M)。

步骤三、为验证本发明Hg²⁺检测方法的准确性和可靠性，采用人工为配制含Hg²⁺的九组试样，配制Hg²⁺与席夫碱荧光传感材料摩尔比为0.5，1，2，5，10，20，30,40，50的溶液。在充分搅拌均匀后采集荧光光谱，采用本发明检测方法中荧光光谱法对上述试样的Hg²⁺含量进行检测，其检测结果如下表所示

表四：试样使用席夫碱荧光传感材料在DMF溶剂中对Hg²⁺的定量识别检测

由表四所示的结果可知，采用本发明方法对Hg²⁺含量的实际检测值与制作试样时加入的含量值，即理论含量基本相同，具有较小的误差范围。

步骤四、将其他金属离子和Hg²⁺离子分别配制成与席夫碱荧光传感材料摩尔比为50的溶液；将步骤一制得的分散液与Hg²⁺离子溶液混合，得到混合溶液C；向混合溶液C中依次加入其他金属离子溶液，每次加入后检测溶液荧光强度的变化情况。由实验结果可知，荧光探针对金属离子Ag⁺、Zn²⁺、Co²⁺、Ca²⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、Pb²⁺、Mg²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺金属离子荧光响应很弱，对Hg²⁺特殊的响应时，证明荧光探针可以作为Hg²⁺的高效传感器而不受其他离子的干扰。

由所示的结果可知，使用了席夫碱荧光传感材料作为传感器，无论在DMF还是DMSO溶剂中采用本发明对Hg²⁺含量的检测方法均可以得到较为准确的检测结果，并且具有较小的误差。

综合试验数据表明，本发明使用席夫碱荧光传感材料对Hg²⁺进行定量检测方法的有益效果是采用成本较低的设备对Hg²⁺含量进行检测，测量速度快，操作简单、方便，测量结果准确、可靠、重复性好。

Claims (5)

1.一种荧光探针的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一、将碳酰肼和羟基蒽醛溶于乙醇与水的混合液中，分散均匀后得到混合溶液；其中，碳酰肼和羟基蒽醛的摩尔比为1:2～3；水的体积小于总溶剂体积的30％；

步骤二、向步骤一所得的混合溶液中滴加酸性溶液；酸性溶液的添加量为不大于混合溶液体积的1％；然后升温至70℃～90℃，搅拌直至碳酰肼反应完全；将离心得到的沉淀物用无水甲醇冲洗，得到荧光探针，将其命名为席夫碱荧光传感材料。

2.如权利要求1所述的一种荧光探针的制备方法，其特征在于：所述酸性溶液包括冰醋酸、盐酸、硝酸、硫酸。

3.一种荧光探针的应用方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一、用有机溶剂将席夫碱荧光传感材料配制成C＝1×10^-5mol/L的席夫碱荧光传感材料分散液；

步骤二、将其他金属离子和Hg²⁺离子分别配制成与席夫碱荧光传感材料摩尔比为50的溶液；将步骤一制得的分散液分别与所述溶液混合，得到混合溶液；测定混合溶液的荧光强度值；

步骤三、配制Hg²⁺与席夫碱荧光传感材料摩尔比为0.5，1，2，5，10，20，30,40，50的溶液A；将步骤一制得的分散液分别于所述溶液A混合，得到混合溶液B；测定混合溶液B的荧光强度值的变化与Hg²⁺浓度的对应关系；即得到定量检测Hg²⁺的标准方程：y＝2848600+96477x-1318x²，其中y为所测的含Hg²⁺席夫碱荧光传感材料激发波长437nm处对应的荧光强度，x为样品中Hg²⁺的含量(单位：10^-5M)。

4.对如权利要求3所述的一种荧光探针的应用方法的结果进行验证，其特征在于：将其他金属离子和Hg²⁺离子分别配制成与席夫碱荧光传感材料摩尔比为50的溶液；将步骤一制得的分散液与Hg²⁺离子溶液混合，得到混合溶液C；向混合溶液C中依次加入其他金属离子溶液，每次加入后检测溶液荧光强度的变化情况。

5.如权利要求3所述的一种荧光探针的应用方法，其特征在于：步骤一所述的有机溶剂包括：DMF或DMSO。