CN107831165B

CN107831165B - 一种双通道铜离子检测试纸及其制备方法

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Publication number: CN107831165B
Application number: CN201710952218.0A
Authority: CN
Inventors: 陈杜刚; 余响林; 黎俊波; 刘佳俊; 王哲
Original assignee: Wuhan Institute of Technology
Current assignee: Wuhan Institute of Technology
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2020-11-27
Anticipated expiration: 2037-10-13
Also published as: CN107831165A

Abstract

本发明公开了一种双通道铜离子检测试纸及其制备方法，所述双通道铜离子检测试纸包括显色片和显色片上的显色物质，所述显色物质为化合物式Ⅰ：

Description

一种双通道铜离子检测试纸及其制备方法

技术领域

本发明涉及化学分析技术领域，尤其涉及一种双通道检测水中二价铜离子浓度的试纸及其制备方法。

背景技术

铜在很多生物体系中起到了非常重要的生理作用，它在人体内是仅此于铁和锌的排列第三多的过渡金属元素。然而，过多的摄入铜会导致器官的一系列病变，比如说肝脏和肾脏的损伤，神经退行性疾病等。鉴于此，美国环保署规定饮用水中铜离子的最大浓度不能超过20μM。因此，开发出一种合适的方法来识别和检测水中的铜离子浓度非常重要。目前，检测水中铜离子浓度的常见方法有荧光法、电化学法、原子吸收法等，这些方法灵敏度较高，但是一般都需要在实验室中进行，需要比较复杂的仪器，对于现场分析并不是太适合。

传统的比色法操作简便，分析速度快，无需任何复杂仪器，因此对于某些无需定量分析的场合具有非常大的应用价值。申请号200810106412.8，200910094252.4,201610520369.4等中国专利公开了一些铜离子检测试纸及其制备方法，有的试纸所用选色剂的量较大，有的试纸需要多个选色剂联合使用，选色剂的制备复杂，总的来说，这些专利都是基于比色的方法来测定铜离子，在灵敏度和准确性上还有很大改善的余地。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种双通道铜离子检测试纸及其制备方法，即同时以比色和荧光的信号来更准确更灵敏地分析水中铜离子的浓度；另外，所用选色剂成分单一，用量少，合成收率较高。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种双通道铜离子检测试纸，其特征在于：所述双通道铜离子检测试纸包括显色片和显色片上的显色物质，所述显色物质为化合物式Ⅰ：

作为上述技术方案的优选，本发明提供的双通道铜离子检测试纸进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，所述显色片为层析滤纸、定性滤纸或定量滤纸。

作为上述技术方案的改进，所述显色片可固定在基板上。

一种双通道铜离子检测试纸的制备方法，其特征在于：包含如下步骤：

步骤一、合成显色物质式Ⅰ；

步骤二、将显色片置于式Ⅰ的溶液中浸润；

步骤四、从式Ⅰ溶液中拿出显色片晾干。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的双通道铜离子检测试纸的制备方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，所述显色物质式Ⅰ的制备方法为：

作为上述技术方案的改进，所述所述显色物质式Ⅰ的制备方法为：

将化合物4-(二(吡啶-2-甲基)氨基)苯甲醛、2-(3-氰基-4,5,5-三甲基呋喃-2-亚基)丙二腈和催化剂醋酸铵按摩尔比1:1-1.2：0.01-0.1的比例，加入到体积比为1:0.5-2的乙醇和二氯甲烷的混合溶剂中，在10-40℃下搅拌反应4-12小时得到显色物质式Ⅰ。

作为上述技术方案的改进，所述显色物质式Ⅰ经硅胶柱层析提纯。

作为上述技术方案的改进，所述步骤二中式Ⅰ的溶液的溶剂为乙醇、二氯甲烷、丙酮中的一种或多种混合。

作为上述技术方案的改进，所述步骤二中式Ⅰ的溶液的浓度为0.5-5mmol/L。

作为上述技术方案的改进，其特征在于：所述步骤三中浸润时间为1-3min。

本发明提供的一种双通道铜离子检测试纸及其制备方法中，试纸上所用选色物质式Ⅰ为D-π-A(给体-π-受体)型化合物，分子内电荷转移作用大，使得式Ⅰ在溶液中的最大吸收波长较长，且能发射红色荧光。当检测到水中的铜离子后，给体一端的吡啶氮和苯胺氮会与铜离子发生螯合作用，如下式所示。这样分子中给体的强度会极大减弱，从而导致分子内电荷转移效应显著降低，使得分子的最大吸收波长紫移，以至于化合物溶液的颜色发生明显变化。同时，由于铜离子的顺磁效应，会淬灭式Ⅰ的荧光发射。因此在遇到铜离子时，式Ⅰ不仅颜色会发生变化，其红色荧光也会被淬灭，从而使得式Ⅰ能作为显色物质来实现水中铜离子的双通道检测。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：该铜离子检测试纸制备简单，显色物质遇到铜离子后，其颜色和荧光同时会发生变化，且铜离子浓度不同，依靠肉眼和便携式紫外灯就可以同时观察到比色和荧光信号的明显变化，选择性和灵敏度相对与单一的比色法或是单一的荧光法更高，该方法尤其适用于现场水质分析，不仅成本较低，而且分析速度快、准确，试纸遇到铜离子后立即显色。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1(a)为实施例1所制备的化合物式Ⅰ在水溶液中遇到不同的金属离子后紫外可见吸收光谱的变化；

图1(b)为式I的水溶液中加入等量的不同的金属离子后，溶液颜色的变化照片；

图2(a)为实施例1所制备的化合物式Ⅰ在水溶液中遇到不同金属离子后荧光光谱的变化；

图2(b)为式I的水溶液中加入等量的不同的金属离子后，溶液荧光的变化照片；

图3(a)为实施例3所制备的铜离子检测试纸，遇到不同浓度的铜离子溶液后，铜离子的浓度依次是0(即空白),1×10^-3mol/L,1×10^-4mol/L,1×10^-5mol/L,1×10^-6mol/L，试纸颜色的变化；

图3(b)为实施例3所制备的铜离子检测试纸，遇到不同浓度的铜离子溶液后，铜离子的浓度依次是0(即空白),1×10^-3mol/L,1×10^-4mol/L,1×10^-5mol/L,1×10^-6mol/L，试纸在便携式紫外灯照射下的荧光变化。

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。

下述实施例中所用材料、试剂等，若无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、化合物式Ⅰ的制备

将化合物BPA(0.1g,0.248mmol)，TCF(0.064g,0.321mmol)和醋酸铵(1mg,0.013mmol)(三者比例1:1.3:0.05)加入到乙醇(1mL)和二氯甲烷(0.8mL)的混合溶剂中(二者比例1:0.8)，在25℃反应8小时。反应完后，加入二氯甲烷和水萃取分液，收集有机相用无水硫酸钠干燥，旋干溶剂后，用硅胶柱层析分离提纯，淋洗剂为二氯甲烷。收式Ⅰ化合物98mg，收率81％。

产物式Ⅰ化合物的核磁氢谱、核磁碳谱和质谱检测数据如下：¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ[ppm]:8.62(d,J＝4Hz,2H),7.67(t,J＝8Hz,2H),7.58(d,J＝16Hz,1H),7.49(d,J＝12Hz,2H),7.27-7.20(m,4H),6.82(d,J＝12Hz,2H),6.74(d,J＝16Hz,1H),4.94(s,4H),1.73(s,6H).¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ[ppm]:176.14,174.28,156.82,152.75,150.10,148.04,137.10,132.11,123.14,122.69,120.84,113.27,112.50,111.70,111.19,109.74,97.02,95.38,57.24,55.27,26.69.ESI-HRMS:[M+H]⁺,[C30H25N6O]⁺,calcd,m/z＝485.20；found,m/z＝485.23.

实施例2、化合物式I的水溶液对铜离子的双通道检测

将化合物式I溶于水中，配置浓度为10μmol/L的溶液。取一系列该溶液各3mL，然后分别加入2倍当量的不同种类的金属离子，并测试各个试溶液的紫外-可见吸收光谱(如附图1(a)所示)和荧光光谱(如附图2(a)所示)。并对各溶液直接拍照(如附图1(b)所示)看颜色变化；然后在暗处，在便携式紫外灯的照射下，拍溶液荧光变化的照片(如附图2(b)所示)。

从图1(b)可以看出，只有铜离子会使得式I溶液的颜色由淡紫色变为黄色，而其它的金属离子的加入对该溶液的颜色无影响；从图2(b)可以看出，只有铜离子会使得式I溶液的红色荧光完全淬灭掉，而其它的金属离子的加入对该溶液的荧光无影响。可见式I的溶液对铜离子的检测，无论是从比色还是荧光的方法上来讲，都具有非常好的选择性。

实施例3、双通道铜离子检测试纸的制备

将式Ⅰ溶于丙酮中，配置1mmol/L的显色溶液；将定性滤纸裁剪成1cm×4cm的长条状；然后将纸条浸入显色溶液中1分钟，拿出来后置于表面皿上晾干，即得双通道铜离子检测试纸。

实施例4、试纸对铜离子的检测

将制得的铜离子试纸分别浸入不同浓度的铜离子水溶液中，铜离子的浓度依次是0(即空白),1×10^-3mol/L，1×10^-4mol/L，1×10^-5mol/L，1×10^-6mol/L，拿出来后观察其颜色，并用手提式紫外灯照射，观察其荧光变化。试纸遇到不同的铜离子浓度时，如附图3(a)所示，从左至右依次为制得的铜离子试纸分别浸入0(即空白),1×10^-3mol/L,1×10^-4mol/L,1×10^-5mol/L,1×10^-6mol/L的铜离子水溶液中拿出来后，试纸所表现出的颜色均不相同，从左至右依次为紫色、黄色、咖色、咖紫色和深紫色，从图中可以看出试纸的颜色肉眼观察变化明显；如附图3(b)所示，从左至右依次为制得的铜离子试纸分别浸入0(即空白),1×10^-3mol/L,1×10^-4mol/L,1×10^-5mol/L,1×10^-6mol/L的铜离子水溶液中拿出来后，置于便携式紫外灯照射下的荧光变化，从图中可以看出，从左至右依次试纸在紫外灯照射下的颜色分别为荧光粉、紫色、荧光紫、荧光紫红和荧光深粉色，试纸的荧光也各不一样。说明该试纸对于铜离子的双通道显色有很好的灵敏度。

本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用双通道铜离子检测试纸检测水中铜离子的方法，其特征在于，所述双通道铜离子检测试纸包括显色片和显色片上的显色物质，所述显色物质为化合物式Ⅰ：

所述双通道铜离子检测试纸的制备方法包含如下步骤：

步骤一、合成显色物质化合物式Ⅰ；

步骤二、制备化合物式Ⅰ的溶液；

步骤三、将显色片置于化合物式Ⅰ的溶液中浸润；

步骤四、从化合物式Ⅰ的溶液中拿出显色片晾干；

其中，所述化合物式Ⅰ的制备方法具体为：将化合物4-(二(吡啶-2-甲基)氨基)苯甲醛、2-(3-氰基-4,5,5-三甲基呋喃-2-亚基)丙二腈和催化剂醋酸铵按摩尔比1:1-1.2：0.01-0.1的比例，加入到体积比为1:0.5-2的乙醇和二氯甲烷的混合溶剂中，在10-40℃下搅拌反应4-12小时得到化合物式Ⅰ；

检测机理如下：

显色物质化合物式Ⅰ为给体-π-受体型化合物，分子内电荷转移作用大，在溶液中的最大吸收波长较长，且能发射红色荧光；当检测到水中的铜离子后，给体一端的吡啶氮和苯胺氮会与铜离子发生螯合作用，使得分子中给体的强度极大减弱，导致分子内电荷转移效应显著降低，使得分子的最大吸收波长紫移，导致颜色发生明显变化；同时，由于铜离子的顺磁效应，会淬灭化合物式Ⅰ的荧光发射；因此在遇到铜离子时，化合物式Ⅰ不仅颜色会发生变化，其红色荧光也会被淬灭，从而使得化合物式Ⅰ能作为显色物质来实现水中铜离子的双通道检测；

检测步骤如下：

将所述双通道铜离子检测试纸浸入含铜离子的水溶液中，显色物质化合物式Ⅰ遇到铜离子后，其颜色和荧光会同时发生变化；在铜离子浓度不同的情况下，通过肉眼和便携式紫外灯同时观察试纸颜色和荧光信号的变化，实现水中铜离子的双通道检测。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述显色片为层析滤纸、定性滤纸或定量滤纸。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述显色片固定在基板上。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：合成化合物式Ⅰ后，用硅胶柱层析提纯。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤二中化合物式Ⅰ的溶液的溶剂为乙醇、二氯甲烷、丙酮中的一种或多种混合。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤二中化合物式Ⅰ的溶液的浓度为0.5-5mmol/L。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤三中浸润时间为1-3min。