CN108774514A - 一种检测汞离子的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高选择性超灵敏检测汞离子的方法。具体地，本发明的方法使用的探针为一类荧光素类化合物，其可作为汞离子比色荧光探针用于汞离子的检测。这类探针可实现如下的技术效果中的至少一个：高选择性地识别汞离子；可以对汞离子实现快速识别；可以实现对汞离子的超灵敏分析；性质稳定，可以长期保存使用；以及具有较强的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及使用荧光素类化合物作为汞离子荧光探针检测汞离子的方法，该方法能够迅速对汞离子高选择性灵敏识别，或者其可测定样品中汞离子的浓度。
背景技术
汞是一种具有严重生理毒性的金属元素,由于其具有持久性、易迁移性和高度的生物富集性,使其成为目前最引人关注的环境污染物之一。环境中的无机汞离子可在一定条件下由生物体转化为剧毒的甲基汞。无机汞主要影响肾脏,而甲基汞进入人体后主要侵害神经系统,尤其是中枢神经系统。两者均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。汞中毒会对整个社会产生极其恶劣的影响,现在汞被优先列在全球环境监控系统清单上,因此,对汞离子的选择性识别,尤其是汞离子的原位、实时、在线监测对于医学、生物学和环境科学都具有重要意义。
鉴于此，发展能够有效检测特别是能够在生理水平条件下检测汞离子的分析方法是极其重要和有意义的。现如今已报导的检测汞离子的分析方法包括原子吸收-发射光谱法、高效液相色谱法、电感耦合等离子体质谱、核磁共振、比色法(如传统的双硫腙法)、电化学方法(如阳极溶出伏安法、氧化还原电位法等)，在这些众多的检测方法中比色荧光探针由于其特有的优点而成为研究人员关注的焦点。然而，目前报道的比色和荧光探针仍存在一些问题，包括选择性不够好、响应速度不够快、合成复杂。由于生命体内的其他离子如碳酸氢根离子，硫酸根离子，溴离子，氯离子，硝酸根离子，亚硝酸根离子和磷酸根离子等其他金属离子，它会对汞离子的检测构成潜在干扰，因此，发展能够高灵敏性检测生命体内汞离子的分析方法是必要的。总之，发展快速，高选择性、高灵敏度、合成简单的汞离子比色荧光双通道探针是本领域技术人员急需解决的。
发明内容
本领域急需一种使用制备简单的高灵敏度汞离子比色荧光探针检测汞离子的方法，从而能够有效检测汞离子。为此，本发明合成了一类新颖的检测汞离子的比色荧光探针，其合成简单、选择性好、灵敏度高、响应迅速。具体而言，本发明提供了一种汞离子荧光探针，其为荧光素类化合物，其结构如下：
优选的，本发明的荧光探针是：
在本发明的汞离子荧光探针的制备方法中，第一步反应温度是70℃油浴；反应时间是24h，间苯二酚和4-乙氨基酮酸的摩尔比约为1:1至1：1.2，优选的为1：1；第二步反应温度为常温，第一步的产物与二甲氨基硫代甲酰氯的摩尔比为约1：4至1：12，优选为1：10或1：12。
本发明还提供了用于检测样本中汞离子浓度的检测制剂或试剂盒，其包含本发明的探针。优选地，本发明的检测制剂或试剂盒还包含产品的使用说明书。还优选地，本发明的试剂盒还包含用于测定样本中的汞离子浓度的缓冲剂。
本发明还提供了检测样本中汞离子浓度的方法，其包括将本发明的探针与待测样本接触的步骤。
本发明还提供了本发明的探针在制备用于检测样本中汞离子浓度的制剂中的用途。
本发明还提供了本发明的探针在制备用于检测样本(例如水样样本)中汞离子浓度的试剂盒中的用途。
本发明的汞离子比色荧光探针可与汞离子进行作用，产生荧光光谱和紫外吸收光谱的变化，从而实现对汞离子的定量检测。
具体而言，本发明的汞离子比色荧光探针分别与钾离子、钠离子、钙离子、镁离子、锌离子、铝离子、镍离子、铅离子、镉离子、铜离子、银离子、锡离子、氯离子、硝酸根离子、碳酸根离子、硫酸根离子等其他离子进行作用均不能导致荧光光谱和紫外吸收光谱的明显改变，从而实现对汞离子的选择性识别，进而可任选地用于排除这些离子以及人体内其他离子的存在对汞离子的定量测定的干扰。
可选择地，本发明的汞离子荧光探针的稳定性好，进而能够长期保存使用。
进一步的，本发明的汞离子比色荧光探针是灵敏度极高的汞离子比色荧光探针，且合成简单，有利于商业化的推广应用。
附图说明
图1是探针(5μM)加入Hg2+(5μM)和H2O2(0-100mM)的荧光光谱。
图2是探针(5μM)加入Hg2+(5μM)和H2O2(60mM)的荧光光谱。
图3a是不同浓度Hg2+(0-4μM)对探针(5μM)荧光光谱的影响；图3b是Hg2+(5μM)对探针(15μM)吸收光谱图的影响。
图4a和图4b是汞离子、铜离子(5μM)和其它离子(25μM)对探针(5μM)的荧光强度的影响。a.钾离子,b.钠离子,c.钙离子,d.镁离子,e.锌离子,f.铝离子,g.镍离子,h.铅离子,i.镉离子,j.铜离子,k.银离子,l.锡离子,m.氯离子,n.硝酸根离子,o.碳酸根离子,p.硫酸根离子,q.汞离子。
具体实施方式：
本发明提供了上述高选择性汞离子荧光探针的合成路线、方法及其光谱性能。
本发明的汞离子比色荧光探针是一类荧光素类化合物，其具有以下结构通式
上式中：R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7为氢原子，直链或支链烷基，直链或支链烷氧基，磺酸基，酯基，羧基；R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7可以相同或不同。
该类汞离子比色荧光荧光探针的合成路线和方法如下：
具体地，本发明的荧光探针可以通过如下方法制备，第一步为间苯二酚和4-乙氨基酮酸溶于三氟乙酸溶液加热回流24h，旋蒸之后加入乙酸乙酯回流15分钟，抽滤得到红色固体。将一定摩尔比(例如1：4-1：12)的第一步的产物与二甲氨基硫代甲酰氯溶于二氯甲烷并加入DIPEA进行常温搅拌一段时间(例如20h)使用二氯甲烷体系进行柱色谱分离，得到橙色固体435mg，产率为87﹪。
因此，本发明还提供了二甲氨基硫代甲酰氯在制备用于检测汞离子的比色荧光探针中的用途。
本发明还提供了荧光素类化合物在制备用于检测汞离子的比色荧光探针中的用途。
本发明的高选择性高灵敏识别汞离子比色荧光探针的显著特征是能够快速高选择性超灵敏识别汞离子以及在其他离子的存在下能够准确对汞离子进行定量分析。
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)第一步为间苯二酚和4-乙氨基酮酸溶于三氟乙酸溶液加热回流24h，旋蒸之后加入乙酸乙酯回流15分钟，抽滤得到红色固体。将的第一步的产物387mg(1mmol)与二甲氨基硫代甲酰氯430.16mg(4mmol)溶于二氯甲烷并加入DIPEA进行常温搅拌20h使用二氯甲烷体系进行柱色谱分离，得到橙色固体370mg，产率为74﹪。
(方案2)第一步为间苯二酚和4-乙氨基酮酸溶于三氟乙酸溶液加热回流24h，旋蒸之后加入乙酸乙酯回流15分钟，抽滤得到红色固体。将的第一步的产物387mg(1mmol)与二甲氨基硫代甲酰氯645.24mg(6mmol)溶于二氯甲烷并加入DIPEA进行常温搅拌20h使用二氯甲烷体系进行柱色谱分离，得到橙色固体402mg，产率为80﹪。
(方案3)第一步为间苯二酚和4-乙氨基酮酸溶于三氟乙酸溶液加热回流24h，旋蒸之后加入乙酸乙酯回流15分钟，抽滤得到红色固体。将的第一步的产物387mg(1mmol)与二甲氨基硫代甲酰氯860.32mg(8mmol)溶于二氯甲烷并加入DIPEA进行常温搅拌20h使用二氯甲烷体系进行柱色谱分离，得到橙色固体430mg，产率为86﹪。
(方案4)第一步为间苯二酚和4-乙氨基酮酸溶于三氟乙酸溶液加热回流24h，旋蒸之后加入乙酸乙酯回流15分钟，抽滤得到红色固体。将的第一步的产物387mg(1mmol)与二甲氨基硫代甲酰氯1075.4mg(10mmol)溶于二氯甲烷并加入DIPEA进行常温搅拌20h使用二氯甲烷体系进行柱色谱分离，得到橙色固体435mg，产率为87﹪。
(方案5)第一步为间苯二酚和4-乙氨基酮酸溶于三氟乙酸溶液加热回流24h，旋蒸之后加入乙酸乙酯回流15分钟，抽滤得到红色固体。将的第一步的产物387mg(1mmol)与二甲氨基硫代甲酰氯1290.49mg(12mmol)溶于二氯甲烷并加入DIPEA进行常温搅拌20h使用二氯甲烷体系进行柱色谱分离，得到橙色固体420mg，产率为84﹪。
本发明的发明人进行了如下测试：
实施例2
图1是探针(5μM)加入Hg2+(5μM)和H2O2(0,10,20,40,60,80,100mM)的荧光光谱。上述测定是在5mM HEPES,pH 7.4的水溶液中进行的，所使用的探针是实施例1中所制备的探针，且所有光谱测试都是在25℃下测得的。通过插图我们可以看到在汞离子的存在条件下加入不同浓度过氧化氢后荧光变化非常明显。说明在60mM的过氧化氢催化下探针对汞离子有很好的响应。
实施例3
图2是探针(5μM)加入Hg2+(5μM)和H2O2(60mM)的荧光光谱。
通过插图我们可以看到只加入汞离子或只加入过氧化氢的荧光信号基本不变，只有在过氧化氢催化条件下汞离子对探针有非常明显的响应。说明探针能够对汞离子进行灵敏检测。
实施例4
图3a是不同浓度Hg2+(0-4μM)对探针(5μM)荧光光谱的影响；图3b是Hg2+(5μM)对探针(15μM)吸收光谱图的影响。
可以看出，伴随着探针溶液中Hg2+浓度的增加，荧光强度逐渐增强，且在(0-1μM)Hg2+浓度范围内，Hg2+的浓度与荧光强度成很好的线性关系。我国饮用水标准中汞离子的标准限值为0.001mg/L因此,本发明的探针能较精确地确定待测样本中汞离子的含量。
实施例5
图4a和图4b是汞离子、铜离子(5μM)和其它离子(25μM)对探针(5μM)的荧光强度的影响。分析物包括：浓度均为25μM钾离子、钠离子、镁离子、钙离子、锌离子、铝离子、镍离子、镉离子、锡离子、氯离子、碳酸根离子、硫酸根离子、硝酸根离子，以及浓度为5μM的汞离子和铜离子。所有测试条件是在纯水中完成，所使用的探针是实施例1中所制备的探针，且所有光谱都是在25℃下分析物加入15分钟后测得的。具体地，移取50μL的1mM探针储备液放进10mL比色管中，然后加入5mL纯水和0.5mL的PH 7.4的HEPES缓冲溶液,用纯水定容至10mL，再移取25μL上述10mM分析物储备液加入比色管内，摇匀，15min后测定。
从图4a可以看出，生物体内存在的其它常见离子不会对探针有明显的响应；从图4b可以看出，生物体内存在的其它常见离子不会明显干扰探针对汞离子的荧光强度，因此探针具有良好的选择性。
虽然用上述实施方式描述了本发明，应当理解的是，在不背离本发明的精神的前提下，本发明可进行进一步的修饰和变动，且这些修饰和变动均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.检测样本中汞离子的方法，其包括将样本与具有以下结构的化合物接触的步骤：
其中：R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7为氢原子，直链或支链烷基，直链或支链烷氧基，磺酸基，酯基，羧基；R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7可以相同或不同。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述化合物为如下结构的化合物：
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述样本为水样样本。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述水样样本是游泳池水。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测是定量检测或定性检测。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述检测是在缓冲体系下进行的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述缓冲体系的pH为7.0-8.0。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述缓冲体系的pH为7.4。
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|---|---|---|---|---|
| CN108690040A (zh) * | 2018-05-07 | 2018-10-23 | 济南大学 | 一种超灵敏高选择性检测次氯酸的比色荧光探针 |
| CN111239119A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-05 | 西安交通大学 | 一种基于App的汞离子比色检测系统及方法 |
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