CN105319194B - 一种采用聚集诱导发光型荧光传感分子连续检测I‑和Hg2+的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用聚集诱导发光型荧光传感分子连续检测I^‑和Hg²⁺的方法，属于离子检测技术领域，该荧光传感分子结构简单，合成方便，具有聚集诱导发光的特性，即在溶液中不发光、在聚集态下荧光增强的特性，其不但能够单一选择性、高灵敏度的检测I^‑，还能够在检测I^‑的基础上连续高灵敏性的检测Hg²⁺，而其它阴离子和阳离子对这一检测过程没有干扰。本发明方法可用于检测自来水、人体尿液等中的I^‑和Hg²⁺。

Description

一种采用聚集诱导发光型荧光传感分子连续检测I-和Hg2+的 方法

技术领域

本发明属于离子检测技术领域，具体涉及一种采用聚集诱导发光型荧光传感分子连续检测I^-和Hg²⁺方法。

背景技术

碘是人体必须的微量元素之一，尤其对甲状腺的合成，甲状腺激素在调控细胞代谢、神经性肌肉组织发展与成长(尤其是出生胎儿的脑部发育生长)等方面有举足轻重的作用。碘过量或缺乏都会对健康造成极大的损害，碘缺乏会引起地方性甲状腺肿、单纯性聋哑等，碘过量又会引起甲状腺机能亢进。因此建立一种高灵敏度、高选择性、方便快捷的检测碘离子的方法意义重大。

汞是存在于自然界的一种重要金属元素，由于其独特的性质，汞及其化合物在工农业生产中应用非常广泛。但汞是一种对人体极具生理毒性的金属离子。汞离子中毒可以导致多种疾病，包括对中枢神经系统的缺陷、异常兴奋以及心律失常心肌病和肾脏损害等。由于其具有持久性、易迁移性和高度的生物富集性，使汞成为目前最受关注的环境污染物之一。在各种检测汞离子的方法中，荧光传感器具有高灵敏度、容易操作的特征，已经越来越受到人们的关注。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种采用聚集诱导发光型荧光传感分子高选择性、高灵敏度连续检测I^-和Hg²⁺的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：

1、将聚集诱导发光型荧光传感分子加入去离子水与二甲基亚砜的体积比为 99:1混合溶剂中，配制成10^-5mol/L的聚集诱导发光型荧光传感分子溶液。

2、向10^-5mol/L的聚集诱导发光型荧光传感分子溶液中加入碘离子标准样品，用荧光光谱仪测量在发射波长为610nm处不同浓度碘离子对应体系的荧光强度，绘制荧光强度随碘离子浓度变化的标准曲线。

3、向10^-5mol/L的聚集诱导发光型荧光传感分子溶液中加入碘离子标准样品，其中碘离子的加入量为聚集诱导发光型荧光传感分子摩尔量的30倍，再加入汞离子标准样品，用荧光光谱仪测量在发射波长为610nm处不同浓度汞离子对应体系的荧光强度，绘制荧光强度随汞离子浓度变化的标准曲线。

4、按照步骤2的方法用荧光光谱仪测量待测碘离子样品的荧光强度，根据待测样品的荧光强度，结合步骤2中标准曲线的线性方程即可高选择性识别碘离子并确定待测样品中碘离子的浓度。

5、根据步骤4确定的待测样品中碘离子的浓度，再向其中补加碘离子标准样品，使混合体系中碘离子的摩尔量为聚集诱导发光型荧光传感分子摩尔量的30倍。然后加入待测样品，用荧光光谱仪测量待测汞离子样品的荧光强度，根据待测样品的荧光强度，结合步骤3中标准曲线的线性方程即可高选择性识别汞离子并确定待测样品中汞离子的浓度。

上述聚集诱导发光型荧光传感分子的结构式如下所示：

其合成路线和具体合成方法如下：

1、将0.5g 4-甲基喹啉(1)溶于30mL甲苯中，再加入11.4g碘甲烷，4-甲基喹啉与碘甲烷的摩尔比为1:23，在搅拌条件下加热到80℃，恒温反应1小时，冷却至室温，减压抽滤并用甲苯洗涤，得到黄色固体化合物2。

2、将1g溴代四苯乙烯(3)加入到100mL圆底烧瓶中，在氮气保护下加入 10mL四氢呋喃，搅拌溶解，冷却至-78℃，再逐滴加入3.5mL正丁基锂，搅拌2 小时后，加入2.5mL N,N-二甲基甲酰胺，溴代四苯乙烯与N,N-二甲基甲酰胺、正丁基锂的摩尔比为1:6:1.5，升至室温，继续搅拌过夜，向反应混合物中加水猝灭反应，减压旋转蒸发除去溶剂，用二氯甲烷和水萃取，有机相经柱色谱分离(洗脱剂为石油醚与乙酸乙酯体积比为200:1的混合物)，得到黄色固体醛基四苯乙烯(4)。

3、在氮气保护下，将80mg化合物2、100mg化合物4溶解于3mL干燥的乙醇中，化合物2与化合物4的摩尔比为1:1，并滴加2滴哌啶，在搅拌条件下加热到80℃，恒温反应4小时后，冷却至室温，减压旋转蒸发除去溶剂，得粗产品。将粗产品溶解于3mL丙酮中，加入1mL饱和KPF₆水溶液，室温搅拌反应3小时，减压旋转蒸发除去溶剂，用二氯甲烷和水萃取，有机相经柱色谱分离(洗脱剂为二氯甲烷与丙酮体积比为50:1的混合物)，得到红色固体聚集诱导发光型荧光传感分子(以下简称TPE-QI)，其产率为60％，结果表征数据为：¹H NMR(400MHz，DMSO-d₆)δ(ppm)：9.33(d，J＝6.3Hz，1H)，9.00(d，J＝8.5Hz，1H)， 8.45(d，J＝7.6Hz，2H)，8.26(dd，J＝15.4、5.5Hz，2H)，8.11-7.99(m，2H)， 7.77(d，J＝8.0Hz，2H)，7.29-7.10(m，10H)，7.03(dd，J＝19.0、9.3Hz， 6H)，4.54(s，3H)；¹³C NMR(100MHz，DMSO-d₆)δ(ppm)：153.04，148.59， 146.28，143.49，143.39，143.24，142.81，142.13，139.20，135.46，131.85，131.18， 131.09，129.73，128.85，128.43，128.32，127.37，127.26，126.81，120.24，119.81， 116.71，45.16，40.64，40.43，40.22，40.01，39.80，39.01；HRMS(ESI-TOF)m/z： [(M-PF₆)⁺]理论值500.2379，实测值500.2373。

上述的碘离子标准样品为KI标准样品，汞离子标准样品为Hg(NO₃)₂标准样品，待测碘离子样品和待测汞离子样品均为自来水或人体尿液。

本发明的荧光传感器分子TPE-QI结构简单，合成方便，具有聚集诱导发光的特性，即在溶液中不发光、在聚集态下荧光增强的特性，其不但能够单一选择性、高灵敏度的识别I^-，还能够在识别I^-的基础上连续高灵敏性的识别Hg²⁺，而其它阳离子和阴离子对这一检测过程没有干扰。本发明方法可用于检测自来水、人体尿液等中的I^-和Hg²⁺。

附图说明

图1是不同浓度的I^-存在下TPE-QI的荧光光谱图。

图2是TPE-QI在610nm处的荧光强度随I^-浓度变化的线性关系图。

图3是不同浓度的Hg²⁺存在下TPE-QI-I的荧光光谱图。

图4是TPE-QI-I在610nm处的荧光强度随Hg²⁺浓度变化的线性关系图。

图5是TPE-QI及加入不同阴离子时的荧光光谱图(激发波长435nm，发射波长610nm)。

图6是TPE-QI对I^-识别的抗干扰性能图。

图7是TPE-QI-I及其加入400倍的阳离子时的荧光光谱(激发波长435nm，发射波长610nm)。

图8是TPE-QI-I对Hg²⁺识别的抗干扰性能。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

1、将TPE-QI加入去离子水与二甲基亚砜体积比为99:1的混合液中，配制成 10^{- 5}mol/L的TPE-QI溶液。

2、将3mL 10^-5mol/L的TPE-QI溶液加入4mL比色皿中，向其中加入碘离子标准样品，分别使所得混合液中碘离子的浓度为0、0.05、0.1、0.5、1.0、1.5、2μmol/L，采用荧光光谱仪测量不同浓度碘离子对应体系的荧光光谱(见图1)，并绘制在 610nm处不同浓度碘离子对应体系的荧光强度随碘离子浓度变化的标准曲线(见图 2)。

由图1可见，TPE-QI的荧光强度收到I^-浓度的影响，伴随着I^-浓度的增加而减弱。说明TPE-QI在水体系中仍然能单一选择性荧光识别I^-。由图2可见，该体系的荧光强度随着体系中碘离子浓度的增大变化很明显，说明TPE-QI对碘离子的检测灵敏度很高。其中，碘离子在浓度为0～2μmol/L时，荧光强度与碘离子浓度呈线性关系，线性方程为：

y＝1552.7224-148.8483x₁

式中y为荧光强度，x₁为碘离子浓度，相关系数R²为0.978。可见荧光强度与碘离子浓度的线性关系很好。利用最低检测限的公式计算最低检测限，TPE-QI对I^-的检测灵敏度很高，检测限达到了2.995μg/L，远低于世界卫生组织(WHO)规定的正常饮用水中I^-的含量标准18μg/L。

3、将3mL 10^-5mol/L的TPE-QI-I溶液加入4mL比色皿中，向其中中加入汞离子标准样品，分别使所得混合液中汞离子的浓度为0、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、 4.0、6.0μmol/L，采用荧光光谱仪测量不同浓度汞离子对应体系的荧光光谱(见图 3)，并绘制在610nm处不同浓度汞离子对应体系的荧光强度随汞离子浓度变化的标准曲线(见图4)。

由图3可见，TPE-QI-I的荧光强度收到Hg²⁺浓度的影响，伴随着Hg²⁺浓度的增加而增加，说明TPE-QI-I在水体系中仍然能单一选择性荧光识别Hg²⁺。由图4 可见，该体系的荧光强度随着体系中汞离子浓度的增大变化很明显，说明TPE-QI-I 溶液对汞离子的检测灵敏度很高。其中，汞离子的浓度在0～6μmol/L时，荧光强度与汞离子浓度呈线性关系，线性方程为：

y＝16.9187x₂+94.07643

式中y为荧光强度，x₂为汞离子浓度，相关系数R²为0.988。可见荧光强度与汞离子浓度的线性关系很好。利用最低检测限的公式计算最低检测限，TPE-QI-I溶液对汞离子的检测灵敏度很高，检测线达到了8.9×10^-10mol/L，远低于世界卫生组织 (WHO)规定的正常饮用水中汞离子的含量标准1.9×10^-6mol/L。

4、按照步骤2的方法用荧光光谱仪测量待测碘离子样品的荧光强度，根据待测样品的荧光强度，结合步骤2中标准曲线的线性方程即可高选择性识别碘离子并确定待测样品中碘离子的浓度。

5、根据步骤4确定的待测样品中碘离子的浓度，再向其中补加碘离子标准样品，使混合体系中碘离子的摩尔量为聚集诱导发光型荧光传感分子摩尔量的30倍。然后加入待测样品，用荧光光谱仪测量待测汞离子样品的荧光强度，根据待测样品的荧光强度，结合步骤3中标准曲线的线性方程即可高选择性识别汞离子并确定待测样品中汞离子的浓度。

为了证明本发明的有益效果，发明人进行了大量的实验室研究试验，各种试验情况如下：

1、I^-的检测

(1)TPE-QI对I^-检测的选择性测试

分别移取3mL 10^-5mol/L的TPE-QI溶液于4mL比色皿中，采用荧光光谱仪检测，TPE-QI溶液显红色荧光，在发射波长610nm处的荧光信号很强。然后向比色皿中分别加入I^-、F^-、Cl^-、Br^-、HCO₃ ^-、PO₄ ^3-、NO₃ ^-、CO₃ ^2-、CH₃COO^--、H₂PO₄ ^-或HPO₄ ^2-的水溶液，其中阴离子的加入量为TPE-QI摩尔量的30倍。在紫外灯下，只有I^-的加入使TPE-QI溶液不发光。采用荧光光谱仪检测，结果发现，只有I^-的加入使TPE-QI的发射波长在610nm处的荧光消失(λ_ex＝435nm)，而加入其它阴离子，TPE-QI溶液的荧光颜色及荧光光谱没有明显变化(见图5)，说明TPE-QI对I^-表现出很强的专一选择性，可高选择性、高灵敏度的荧光识别I^-。

(2)TPE-QI对I^－检测的抗干扰性能测试

为了测定TPE-QI对I^-的检测效果，发明人分别移取3mL 10^-5mol/L的TPE-QI 溶液于4mL比色皿中，并分别加入30当量F^-、Cl^-、Br^-、HCO₃ ^2-、PO₄ ^3-、NO₃ ^-、 CO₃ ^2-、CH₃COO^-、H₂PO₄ ^-、HPO₄ ^2-的水溶液，常温静置10分钟后向其中各加入TPE-QI 摩尔量的30倍的I^-，混合均匀后再常温静置10分钟，测其荧光发射光谱。结果发现，加入F^-、Cl^-、Br^-、HCO₃ ^2-、PO₄ ^3-、NO₃ ^-、CO₃ ^2-、CH₃COO^-、H₂PO₄ ^-、HPO₄ ^2-的水溶液后，TPE-QI在610nm处的荧光强度无明显变化，而加入I^-后荧光均发生猝灭(见图6)。由此可见，TPE-QI对I^-的检测不受其它阴离子的影响。

2、Hg²⁺的检测

(1)TPE-QI-I对Hg²⁺检测的选择性测试

将TPE-QI加入去离子水与二甲基亚砜体积比为99:1的混合液中，配制成 10^-5mol/L的TPE-QI溶液，分别移取3mL 10^-5mol/L的TPE-QI溶液于4mL比色皿中，然后加入TPE-QI摩尔量30倍的I^-，室温静置10分钟后，形成TPE-QI-I溶液，采用荧光光谱仪检测，发射波长在610nm处的荧光消失(λ_ex＝435nm)。再分别向比色皿中加入TPE-QI摩尔量400倍的Hg²⁺、Ag⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、Na⁺、Mn²⁺、 Fe³⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Al³⁺、K⁺的水溶液。结果发现，在紫外灯下，只有Hg²⁺的加入使TPE-QI-I溶液发光，采用荧光光谱仪检测，只有Hg²⁺的加入使TPE-QI-I 溶液在610nm处出现最大荧光发射峰(λ_ex＝435nm)，而加入其它阳离子，TPE-QI-I 溶液的荧光颜色及荧光光谱没有明显变化(见图7)，说明TPE-QI-I溶液对Hg²⁺表现出很强的专一选择性，可高选择性、高灵敏度的荧光识别Hg²⁺。

(2)TPE-QI-I对Hg²⁺检测的抗干扰性能测试

为了测定TPE-QI-I溶液对Hg²⁺的检测效果，发明人将3mL 10^-5mol/L的TPE-QI-I溶液于4mL比色皿中，并分别加入TPE-QI摩尔量400倍的Ag⁺、Cd²⁺、 Cu²⁺、Ba²⁺、Na⁺、Mn²⁺、Fe³⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Al³⁺、K⁺的水溶液，常温静置1 分钟后向其中各加入TPE-QI摩尔量400倍的Hg²⁺，混合均匀后再常温静置1分钟，测其荧光发射光谱。结果发现，分别加入Ag⁺、Cd²⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、Na⁺、Mn²⁺、Fe³⁺、 Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Al³⁺、K⁺的水溶液后，TPE-QI-I溶液在610nm处荧光强度无明显变化，而加入Hg²⁺后荧光均被点亮(见图8)。由此可见，TPE-QI-I对Hg²⁺的检测不受其它阳离子的影响。

Claims (3)

1.一种采用聚集诱导发光型荧光传感分子连续检测I^-和Hg²⁺的方法，所述聚集诱导发光型荧光传感分子的结构式为其特征在于：

(1)将聚集诱导发光型荧光传感分子加入去离子水与二甲基亚砜的体积比为99:1混合溶剂中，配制成10^-5mol/L的聚集诱导发光型荧光传感分子溶液；

(2)向10^-5mol/L的聚集诱导发光型荧光传感分子溶液中加入碘离子标准样品，使溶液中碘离子浓度为0～2μmol/L，用荧光光谱仪测量在发射波长为610nm处不同浓度碘离子对应体系的荧光强度，绘制荧光强度随碘离子浓度变化的标准曲线；

(3)向10^-5mol/L的聚集诱导发光型荧光传感分子溶液中加入碘离子标准样品，其中碘离子的加入量为聚集诱导发光型荧光传感分子摩尔量的30倍，再加入汞离子标准样品，使溶液中汞离子浓度为0～6μmol/L，用荧光光谱仪测量在发射波长为610nm处不同浓度汞离子对应体系的荧光强度，绘制荧光强度随汞离子浓度变化的标准曲线；

(4)按照步骤(2)的方法用荧光光谱仪测量待测碘离子样品的荧光强度，根据待测碘离子样品的荧光强度，结合步骤(2)中标准曲线的线性方程即可高选择性识别碘离子并确定待测碘离子样品中碘离子的浓度；

(5)根据步骤(4)确定的待测碘离子样品中碘离子的浓度，再向待测碘离子样品中补加碘离子标准样品，使混合体系中碘离子的摩尔量为聚集诱导发光型荧光传感分子摩尔量的30倍，然后加入待测汞离子样品，用荧光光谱仪测量待测汞离子样品的荧光强度，根据待测汞离子样品的荧光强度，结合步骤(3)中标准曲线的线性方程即可高选择性识别汞离子并确定待测汞离子样品中汞离子的浓度。

2.根据权利要求1所述的采用聚集诱导发光型荧光传感分子连续检测I^-和Hg²⁺的方法，其特征在于：所述的碘离子标准样品为KI标准样品，汞离子标准样品为Hg(NO₃)₂标准样品。

3.根据权利要求1或2所述的采用聚集诱导发光型荧光传感分子连续检测I^-和Hg²⁺的方法，其特征在于：所述的待测碘离子样品和待测汞离子样品为自来水或人体尿液。