CN109239026B - 一种含酰胺基团荧光探针对Hg2+的荧光检测及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含酰胺基团的Hg²⁺荧光探针及使用方法。本发明是要解决现有的识别汞离子的荧光探针主体合成繁琐、水溶解性差、适用pH范围窄、选择性不高，易受其他阳离子（Au³⁺，Fe²⁺，Fe³⁺和Cu²⁺）干扰的问题。我们发现本发明的探针在HEPES水溶液中能够与Hg²⁺形成稳定的络合物，使主体探针荧光淬灭。在实验条件下，常见的金属离子对Hg²⁺检测没有明显的干扰。对Hg²⁺检测的适用pH值为2.0~11.8，响应时间为14 min，Hg²⁺的检出限能够达到0.65 nM。本发明的含酰胺基团的荧光探针可在水溶液中荧光检测Hg²⁺，绿色环保，具有极高的应用价值。

Description

一种含酰胺基团荧光探针对Hg2+的荧光检测及使用方法

技术领域

本发明涉及一种Hg²⁺荧光探针及其使用方法。

背景技术

由于化石燃料燃烧，固体废物焚烧，化学工业和金属冶炼，汞在空气、水和土壤中广泛存在。正如我们所知道的那样，汞是最危险和最有毒的重金属之一，因为它与酶和蛋白质中硫醇基团的亲和力高，破坏细胞的功能，从而会导致大量的健康问题，如认知障碍，脑和神经损伤。人类在不同的环境下接触不同形式的汞，其中无机汞和甲基汞毒性最大。汞的无机盐腐蚀皮肤、眼睛和胃肠道，如果摄取可能会诱发肾毒性。因此，对汞离子的检测有非常重要的意义。

近年来，越来越多科研工作者设计研究识别汞离子的荧光探针。例如MuraliKrishna Pola等人在Dyes and Pigments 上公开的文章《A fully-aqueous red-fluorescent probe for selective optical sensing of Hg²⁺ and its application inliving cells》中通过5步反应合成出一种识别Hg²⁺的荧光探针；Kumaresh Ghosh等人在NewJournal of Chemistry上公开的文章《Piperazine-based simple structure forselective sensing of Hg²⁺ and glutathione and construction of logic circuitmimicking INHIBIT gate》在四氢呋喃和水的混合溶液中实现对Hg²⁺的识别；Jiao Yuan-Hong等人在Chinese Journal of Inorganic Chemistry上公开的文章《A Benzothiazole-Derived Fluorescent Probe for Detecting Hg(II) in Live Cells》实现在中性pH条件下对Hg²⁺的识别检测；Rosario Martinez等人在Tetrahedron上公开的文章《A new bis(pyrenyl)azadiene-based probe for the colorimetric and fluorescent sensing ofCu(II) and Hg(II)》中主体化合物除了可以识别汞离子外，还对二价铜离子具有识别性能。

根据目前文献报道的对于汞离子荧光探针的研究，主要存在以下四个缺陷：

1.识别汞离子的荧光探针主体合成繁琐；

2.探针主体在水溶液中溶解性差，只能实现在有机溶剂中检测汞离子；

3.识别汞离子探针的适用pH范围窄；

4.探针对汞离子的识别选择性不高，易受其他阳离子（Au³⁺，Fe²⁺，Fe³⁺和Cu²⁺）的干扰。

发明内容

本发明是要解决现有的识别汞离子的荧光探针主体合成繁琐、水溶性差、适用pH范围窄、选择性不高，易受其他阳离子（Au³⁺，Fe²⁺，Fe³⁺和Cu²⁺）干扰的问题，从而提供了一种含酰胺基团的荧光探针对Hg²⁺的荧光检测及使用方法。

本发明的含酰胺基团的Hg²⁺荧光探针，其结构式为：

本发明提供了一种在水相体系中，pH值为2.0～11.8的范围内，具有高选择性、抗干扰性、响应灵敏的含酰胺基团的Hg²⁺荧光探针。该探针能高选择性识别Hg²⁺，不受Al³⁺,Zn^{2 +},Ag⁺, Ca²⁺,Mg²⁺,Fe³⁺,Pb²⁺,Na⁺,Ba²⁺,Ni²⁺,K⁺,Cu²⁺,Cr³⁺,Cd²⁺和Co²⁺其他金属离子的干扰，响应时间为14min时，淬灭幅度最大，并且在60min内，荧光强度保持稳定。检出限为0.65nM。综上所述，本发明的技术效果是非常明显的，并提供了一种绿色环保，检测操作简单快捷、高选择性荧光检测Hg²⁺的方法。

附图说明

图1是实施例1的含酰胺基团的Hg²⁺荧光探针对不同阳离子的紫外吸收光谱图；

图2是实施例2的含酰胺基团的Hg²⁺荧光探针对不同阳离子的荧光发射光谱图；

图3是实施例3的含酰胺基团的Hg²⁺荧光探针在不同的Hg²⁺浓度时的荧光光谱变化图；

图4是实施例4的其他常见金属离子与Hg²⁺竞争时，含酰胺基团的Hg²⁺荧光探针的荧光变化图；

图5是实施例5制备的含酰胺基团的Hg²⁺荧光探针在不同的pH条件下的荧光发射强度图；

图6是实施例6制备的含酰胺基团的Hg²⁺荧光探针和Hg²⁺在不同络合时间时的荧光发射强度图。

具体实施方式

实施例1

考察含酰胺基团的Hg²⁺荧光探针对16种金属阳离子Al³⁺, Zn²⁺, Ag⁺, Ca²⁺, Mg²⁺,Fe³⁺, Hg²⁺, Pb²⁺, Na⁺, Ba²⁺, Ni²⁺, K⁺, Cu²⁺, Cr³⁺, Cd²⁺, Co²⁺溶液的选择性识别，选用的溶剂为pH=7.4的HEPES 缓冲溶液。向1.0×10^–5 mol/L的荧光探针主体加入4.0 equiv. 的上述金属离子，如图1所述，只有4.0 equiv. Hg²⁺能引起紫外吸收峰从248 nm红移到280nm，红移32 nm，其他阳离子并没有产生红移现象。

实施例2

用荧光光谱考察含酰胺基团的Hg²⁺荧光探针对Hg²⁺的单一选择性。选用的溶剂为pH=7.4的HEPES 缓冲溶液，并在激发波长248 nm，激发狭缝宽度为4 nm的情况下，测定浓度为1.0×10^–5 mol/L的荧光探针主体的荧光强度。再向荧光探针主体中分别加入浓度为4.0equiv. 的Al³⁺, Zn²⁺, Ag⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Hg²⁺, Pb²⁺, Na⁺, Ba²⁺, Ni²⁺, K⁺, Cu²⁺,Cr³⁺, Cd²⁺, Co²⁺溶液，分别测定荧光发射光谱，如图2所示。从图2中可以看出，荧光探针主体的荧光发射波长为387 nm，荧光强度232 a.u.,加入阳离子后，只有4.0 equiv. Hg²⁺能使荧光探针主体的荧光强度发生显著淬灭，淬灭幅度为86%，并红移13 nm，其他金属阳离子对荧光探针主体的荧光强度影响不大。因此，可以初步判断，该荧光探针主体对Hg²⁺具有单一选择识别特性。

实施例3

考察Hg²⁺的浓度对Hg²⁺荧光探针荧光强度的影响，选用的溶剂为pH=7.4的HEPES缓冲溶液，配制荧光探针主体溶液，在荧光探针主体溶液中加入不同浓度（0~10.0 equiv.）的Hg²⁺，并对其进行荧光发射光谱测试。如图3所示，随着Hg²⁺浓度的增加，荧光强度逐渐减小，并逐渐发生红移现象。当加入Hg²⁺的浓度达4.0 equiv.时，淬灭至最小值，30 a.u.左右。再继续增加Hg²⁺的浓度时，荧光强度基本不再改变。上述结果表明该荧光探针主体对Hg²⁺具有较高的敏感性。

实施例4

为进一步验证该含酰胺基团的Hg²⁺荧光探针对Hg²⁺具有选择识别特性。选用的溶剂为pH=7.4的HEPES 缓冲溶液，配制浓度为1.0×10^–5 mol/L的荧光探针主体溶液，在主体溶液中分别加入10.0 equiv. 的Al³⁺, Zn²⁺, Ag⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Pb²⁺, Na⁺, Ba²⁺, Ni^{2 +}, K⁺, Cu²⁺, Cr³⁺, Cd²⁺, Co²⁺金属离子溶液。充分混匀后静置5min，再分别加入4.0equiv. 的Hg²⁺溶液，摇匀。在激发波长248 nm，激发狭缝宽度为4 nm的情况下，对其进行荧光发射光谱测试。如图4所示，主体溶液中加入4.0 equiv. 上述15种阳离子的荧光强度与主体溶液的荧光强度接近。当上述15种阳离子与Hg²⁺共存，且浓度是Hg²⁺浓度的2.5倍时，荧光探针主体与Hg²⁺识别的荧光强度并不受影响，体系仍有明显的荧光淬灭响应。表明该荧光探针主体对Hg²⁺的检测具有优异的抗干扰性能，可作为一种检测Hg²⁺的荧光淬灭型探针。其中：纵坐标表示荧光强度，横坐标表示金属离子种类,(0)空白, (1) Al³⁺, (2) Zn²⁺, (3)Ag⁺, (4) Ca²⁺, (5) Mg²⁺, (6) Fe³⁺, (7) Pb²⁺, (8) Na⁺, (9) Ba²⁺, (10) Ni²⁺, (11) K⁺, (12) Cu²⁺, (13) Cr³⁺, (14) Cd²⁺, (15) Co²⁺。

实施例5

在不同的溶液pH（2.0~11.8）值下，考察了pH值对该荧光探针主体识别Hg²⁺荧光发射光谱的变化情况。如图5所示，可知pH范围在2.0~11.8时，Hg²⁺与荧光探针主体形成稳定配合物。在pH2.0~10.1时，识别效果最好。这一研究结果表明该荧光探针主体与Hg²⁺的荧光识别可以在pH值为2.0~11.8实现。

实施例6

此外，荧光探针主体对Hg²⁺识别的荧光响应时间快。在pH值为7.4的条件下，向浓度为1.0×10^–5 mol/L的主体溶液中加入4.0 equiv. 的Hg²⁺溶液，混合均匀。1 min后测定其荧光发射光谱，并且持续测定60 min内，荧光强度的变化，测试结果如图6所示。从图6可以看出，在测定时间内，荧光探针主体具有稳定的荧光强度，这说明荧光探针主体在水溶液中具有稳定的荧光发射。1 min时测定荧光探针主体与Hg²⁺的荧光，荧光强度已经开始发生淬灭。14 min时，荧光强度淬灭完全，并在60 min内保持稳定。这一研究结果表明该荧光探针主体对Hg²⁺的响应时间短，对荧光探针主体在实际应用中具有重要的意义。

实施例7

选用的溶剂为pH=7.4的HEPES 缓冲溶液，配制荧光探针主体溶液，在荧光探针主体溶液中加入不同浓度（0~10.0 equiv.）的Hg²⁺，并对其进行荧光发射光谱测试。随着Hg²⁺浓度的增加，荧光探针主体的荧光强度逐渐降低，Hg²⁺浓度在0-2.0 μM时，荧光强度对Hg²⁺呈线性关系，线性方程为Y=220.0807 - 58.5430X (线性相关系数：R²=0.9982)；对空白样进行20次平行测定，按3σ/K(σ为空白标准偏差，K为回归方程的斜率)，计算检出限为0.65nM。这个结果表明本专利中含酰胺基团的Hg²⁺荧光探针可以高度灵敏定性检测Hg²⁺。

Claims (1)

1.一种含酰胺基团的荧光探针对Hg²⁺的荧光检测方法，其特征在于该方法如下：

以pH＝7.4的HEPES缓冲溶液为溶剂，配制荧光探针主体溶液，在荧光探针主体溶液中加入0～10.0不同当量浓度的Hg²⁺，并对其进行荧光发射光谱测试；随着Hg²⁺浓度的增加，荧光探针主体的荧光强度逐渐降低，Hg²⁺浓度在0～2.0μM时，荧光强度对Hg²⁺浓度呈线性关系，线性方程为Y＝220.0807-58.5430X，线性相关系数：R²＝0.9982；荧光探针在水溶液中荧光检测Hg²⁺，与Hg²⁺形成稳定的络合物，并且不受其他金属离子Al³⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Pb²⁺、Na⁺、Ba²⁺、Ni²⁺、K⁺、Cu²⁺、Cr³⁺、Cd²⁺、Co²⁺的干扰；该方法在pH值为7.4的水溶液中进行，响应时间14min，检出限为0.65nM；其中所述的荧光探针的结构式为：

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