CN109705111A

CN109705111A - 一种汞离子检测探针及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN109705111A
Application number: CN201910050646.3A
Authority: CN
Inventors: 赵云辉; 刘立华; 周智华
Original assignee: Hunan University of Science and Technology
Current assignee: Hunan University of Science and Technology
Priority date: 2019-01-20
Filing date: 2019-01-20
Publication date: 2019-05-03
Anticipated expiration: 2039-01-20
Also published as: CN109705111B

Abstract

本发明公开一种基于分子内氢键结构单元的汞离子检测探针及其制备方法和应用。该荧光探针结构如式I所示，其以5‑甲酰基水杨醛为原料，先与邻氨基苯硫酚形成苯并噻唑衍生物，然后再与巴比妥酸缩合而成。本发明的探针光学性能稳定，对汞离子检测灵敏度高，检测下限低，响应范围为2‑20.0μM。选择性好，对银离子、钡离子、钙离子、锂离子、钠离子、钾离子、镁离子、铝离子、镍离子、锌离子、汞离子、钴离子、铅离子、钯离子、锶离子没有响应。本发明的荧光分子探针在生物化学与环境化学中汞离子的检测等领域具有实际的应用价值。

Description

一种汞离子检测探针及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及的是化学分析检测技术领域，具体涉及一种基于分子内氢键结构单元的汞离子检测探针及其制备方法和应用。

背景技术

汞，是一种强毒性的重金属元素，与镉和铅一样具有剧毒。汞的主要形态包括金属汞、无机和有机汞化合物，金属汞、无机汞在体内最终被氧化为水溶性的二价汞离子而发挥毒性作用。汞离子对灵长类动物的神经系统损害主要是在中枢神经系统，汞离子对体内含有硫、氧、氮等电子供体的基团具有很强的攻击力，其神经毒性作用包括：（a）损害细胞的抗氧化性能；（b）直接影响神经元内外的离子交换作用；（c）破坏神经元结构；（d）干扰神经递质，导致神经毒性;（e）它的亲电子性还决定它对 DNA 也有明显攻击性，并可诱导神经元凋亡。此外，汞离子很难通过物理、化学或生物作用降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体。因此，检测环境中、特别是水体中汞离子含量对人类具有重大意义。

传统的关于汞离子的检测方法有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法和电感耦合等离子体质谱法，它们虽然有很高的检测灵敏度，但仪器昂贵、样品处理麻烦等缺点限制了其应用。因此，急需研发一类简单、方便、快速、灵敏的荧光探针应用于环境及体内铜离子的识别与检测。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于分子内氢键结构单元的汞离子检测探针及其制备方法和应用。

本发明的技术方案为：

一种基于分子内氢键结构单元的汞离子检测探针，具有式（I）所示的结构：

（I）。

上述的一种基于分子内氢键结构单元的汞离子检测探针的制备方法，包括如下步骤：

(1) 中间体化合物2的制备

取化合物1和邻氨基苯硫酚溶于二甲亚砜(DMSO)中，所述化合物1和邻氨基苯硫酚的物质的量之比为1：1，60度加热反应6小时，TLC监测反应进程，待反应完全，将反应物冷却到室温，加水，然后分液萃取，干燥，再进行柱层析，得到化合物2；

(2) 荧光探针I的制备

取化合物2和巴比妥酸溶于溶剂中，所述化合物1与巴比妥酸物质的量之比为1:2-2:1，加热搅拌1~10小时，反应液中的固体产物过滤分离，然后用无水乙醇洗涤3次，得到黄色固体化合物I；即式（I）所示的汞离子检测探针。

以上各化合物均以反应式中各化合物下面序号加以区分。

进一步地，合成步骤(2)中，化合物2和巴比妥酸的物质的量之比优选为1:1。

进一步地，合成步骤(2)中，所述的溶剂优选无水乙醇。

进一步地，合成步骤(2)中，反应温度优选70 ^oC。

上述的汞离子检测探针应用于汞离子检测的方法，包括如下步骤：

1）配制分散有荧光探针化合物I的DMSO-水混合溶液;

2）确定荧光探针分子的检测限；

3）绘制并计算溶液中汞离子的浓度；

4）确定荧光探针对阳离子的选择性。

本发明中荧光探针具有含有巴比妥酸结构单元，类似于胸腺嘧啶的结构，故两分子的探针化合物与铜离子络合形成配合物，由于重离子效应从而导致探针的荧光猝灭。因此，可以根据探针分子荧光强度的变化识别和定量检测铜离子。

更具体的检测方法如下：

1）配制荧光探针化合物I浓度为100 μmol/L的50% DMSO-水（即V_（DMSO）/V_（水）=50/50）混合溶液，得到荧光探针分子的水分散溶液；

2）取一系列1-3mL的荧光探针分子的水分散溶液，分别加入10-30 μL不同浓度的汞离子（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、50 μmol/L），放置30~60分钟后，分别测量并计算出445 nm处的荧光强度，根据荧光强度值与铜离子浓度的关系制作工作曲线；

3）取一系列1-3mL的荧光探针分子的水分散溶液，分别加入10-30 μL浓度为10^-3 mol/L的Li⁺、K⁺、Na⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Pd²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Cd² ⁺、Fe³⁺等水溶液，放置30~60分钟后，分别测量并记录445 nm处的荧光强度，由此验证探针分子对铜离子的选择性。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明提供的荧光探针分子对汞离子的识别不仅灵敏，而且专一性强，短波长处荧光由强变弱，长波处荧光强度有强变弱，形成比率型荧光探针，受外界环境因素的影响小。

（2）本发明提供的荧光探针分子适用于含汞水溶液。

（3）本发明提供的荧光探针分子对汞离子的检测限低，可以达到微摩尔级。

附图说明

图1为本发明实施例2制备的比率荧光探针分子的水分散溶液，加入不同浓度汞离子后的荧光光谱图，445nm处自上而下的曲线代表铜离子浓度逐渐增加的探针溶液。

图2为本发明实施例3，375nm激发光激发下，分别加入20 μL的Li⁺、K⁺、Na⁺、Sr²⁺、Ba² ⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Pd²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Cd²⁺、Fe³⁺等离子的水溶液，60 min后的荧光强度。

其中，图1、2中，横坐标表示波长（wavelength），纵坐标表示荧光强度（intensity）。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步地详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本发明所用仪器与试剂：

核磁共振仪：Bruker AV-II 500 MHz NMR，TMS为内标，CDCl₃为溶剂。

所用试剂均为市售化学纯或分析纯。

实施例1

本发明荧光探针的合成

本发明荧光探针的制备途径如下：

(1)中间体化合物2的制备

(2)荧光探针I的制备

取化合物2和巴比妥酸溶于DMSO中，所述化合物1与巴比妥酸物质的量之比为1:1，70度加热搅拌10小时，反应液中的固体产物过滤分离，然后用无水乙醇洗涤3次，得到黄色固体化合物I；即式（I）所示的汞离子检测探针。

黄色固体，产率78%，¹H NMR (500 MHz, CDCl₃) δ12.711 (s, 1H), 11.36 (s,1H), 11.26 (s, 1H), 9.38 (d, J = 2.5 Hz, 1H), 8.35 – 8.32 (m, 2H), 8.20 (d, J= 10.0 Hz, 1H), 8.10 (d, J = 10.0 Hz, 1H), 7.58 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.48 (d,J = 9.0 Hz, 1H), 7.20 (d, J = 10.0 Hz, 1H). IR (KBr ) ν 3441, 3216, 3064,2856, 1752, 1706, 1652, 1540, 1400, 1322, 1222, 1187, 824, 757 cm^-1。

实施例2

比率荧光探针分子工作曲线

取2 mL配制好的比率荧光探针分子的水分散溶液，加入20μL不同浓度（0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、50 μmol/L）的碘化汞水溶液，放置60 min后，荧光光谱仪记录455nm处荧光强度的变化。以荧光强度为纵坐标，铜离子浓度为横坐标作图，拟合得到比率荧光探针分子的工作曲线。本实施例中比率荧光探针对铜离子浓度的测定，其在375nm激发光激发下，荧光强度随铜离子浓度变化的关系图如图1所示，荧光强度值随汞离子浓度的增加而减弱。

实施例3

荧光探针分子阳离子选择性测定

取2mL实施例2中配制好的比率荧光探针分子的水分散溶液，加入20μL浓度为0.01M的Li⁺、K⁺、Na⁺、Sr²⁺、Ba²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Pd²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺、Cr³⁺、Cd²⁺、Fe³⁺水溶液，放置60min后，荧光光谱仪记录445nm处荧光强度的变化。实验结果表明，除了汞离子以外，其它离子没有引起445nm处荧光的明显变化，说明本发明的探针分子具有很好的选择性。本实施例中荧光探针分子选择性测定，其在375nm激发光激发下，荧光强度随不同离子的变化的关系图如图2所示。

Claims

1.一种基于分子内氢键结构单元的汞离子检测探针，其特征在于，具有式（I）所示的结构：

（I）。

2.权利要求1所述的一种基于分子内氢键结构单元的汞离子检测探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1) 中间体化合物2的制备

荧光探针I的制备

3.根据权利要求2所述的一种基于分子内氢键结构单元的汞离子检测探针的制备方法，其特征在于合成步骤(2)中，化合物2和巴比妥酸的物质的量之比为1:1。

4.根据权利要求2所述的一种基于分子内氢键结构单元的汞离子检测探针的制备方法，其特征在于，合成步骤(2)中，所述的溶剂为无水乙醇。

5.根据权利要求2所述的一种基于分子内氢键结构单元的汞离子检测探针的制备方法，其特征在于，合成步骤(2)中，反应温度为70 ^oC。

6.权利要求1所述的汞离子探针在汞离子检测中的应用。

7.根据权利要求6所述的汞离子探针在汞离子检测中的应用，其特征在于，包括如下步骤：

配制荧光探针化合物I的DMSO-水混合溶液，浓度为100 μmol/L，制成标准溶剂，然后用制成的标准溶剂配制成铜离子浓度分别为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、50 μmol/L的汞离子标准溶液，放置30~60分钟后，在激发波长375nm，发射波长445nm处分别测定不同汞离子浓度时的荧光强度，做成标准曲线，拟合确定荧光强度与汞离子浓度的函数关系，然后据此测定待测溶液的汞离子浓度。