CN110308120B - 用于检测苯胺和氢离子的荧光探针 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于检测苯胺和氢离子的荧光探针,将曙红B和碘鎓盐结合,将其引入到树枝状化合物,得到一种水溶性树枝状曙红B‑碘鎓盐化合物,作为检测有机化合物和氢离子的荧光探针的应用,用于检测苯胺和氢离子。本发明实现了一个探针检测多种物质,将特定的树枝状曙红B‑碘鎓盐化合物用于多种物质检测,扩展了树枝状曙红B‑碘鎓盐的应用范围,获得的探针有很好地选择性、灵敏度和很强的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及化学分析检测技术,具体涉及一种用于检测苯胺和氢离子 的荧光探针。
背景技术
近年来,随着化学传感器的迅速发展,荧光探针因其具有灵敏度高、 选择性好、实时响应等优点,尤其是通过借助荧光共聚焦显微成像技术可 实时检测活细胞内分子或离子浓度以及生物大分子结构的变化过程,在化 学、生物、医学、环境等诸多领域受到了人们越来越多的关注,成为一大 研究热点。
苯胺广泛存在于香烟、食物及工业废气中,是一类广泛存在于环境中 的难生物降解的有机污染物。它具有长期残留性、生物蓄积性、致癌性等 特点,被美国EPA列为优先控制的129种污染物之一,已成为一类严重的环 境污染物和致癌物质。目前,国内外用于检测苯胺的手段主要有电化学法、 分光光度计法、气相色谱法、高效液相色谱法等,这些方法都实现了对苯 胺的检测,但它们存在一些不足之处,如操作复杂、反应慢、花费高。
现有的测定pH值最常用的方法是pH玻璃电极的电化学方法。由于玻 璃电极具有一定的局限性,如受电的干扰,受金属离子的干扰,对细胞的 破坏及酸误差存在等因素,存在着在pH值小于1或大于9的测定时出现 较大误差和适用于生命领域pH值测定等缺陷。测定pH值的荧光探针应运 而生,与电化学方法相比,虽然能够较好地消除背景干扰,灵敏度有较大 提高,但是应用在生命领域,通常只能应用于pH值6-8的生理pH检测, 对于很多强酸性环境,灵敏度不能满足要求,不能适用的缺陷。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种用于检测苯胺和氢离子的荧光探针,通 过选择特定的条件,限定检测条件,实现对苯胺和氢离子的探测。
为达到以上发明目的,本发明的技术解决方案是:一种用于检测苯胺 和氢离子的荧光探针,其结构式如式I所示:
首先合成端基为胺基的树枝状大分子,然后曙红B-碘鎓盐作为光引发 基团,通过mannich反应制备树枝状曙红B-碘鎓盐化合物式I,用于检测 苯胺和H+。
上述用于检测苯胺和氢离子的荧光探针的制备方法,其包括如下步 骤:
(1)中间体曙红B-碘鎓盐[EB(IPh2)2]的合成:曙红B盐与氯化二苯基 碘鎓盐避光室温发生离子交换反应,反应结束后,过滤,洗涤,干燥,得 到橙红色固体,反应式如下:
(2)树枝状曙红B-碘鎓盐大分子[PAE-EB(IPh2)2]的合成:将 PAE(NH2)8溶于乙醇中,加入甲醛溶液混合,滴入EB(IPh2)2乙醇溶液,加 热到30-65℃,优选65℃,发生mannich反应,反应结束后蒸馏,干燥,得到 深红色粘稠液体,反应式如下:
在本发明的一个优选实施方式中,离子交换反应时间为4-8小时,优选5 小时。
在本发明的一个优选实施方式中,mannich反应时间为6-14小时,优选 12h。
在本发明的一个优选实施方式中,曙红B盐与氯化二苯基碘鎓盐的摩 尔比为1:1-1:2,更优选摩尔比为1:2。
在本发明的一个优选实施方式中,PAE(NH2)8与EB(IPh2)2的摩尔比为 1:8。
在本发明的一个优选实施方式中,在mannich反应体系中加入稀盐酸作 为催化剂。
本发明还提供了一种用于检测苯胺和氢离子的荧光探针的用途。
所述荧光探针的检测苯胺的方法是,在水溶液中检测荧光光谱,通过 检测600nm处的荧光强度获得苯胺的浓度;所述荧光探针的浓度为15μM; 荧光激发波长为534nm。
所述荧光探针的检测H+的方法是,在水溶液中检测荧光光谱,通过检 测600nm处的荧光强度获得H+的浓度;所述荧光探针的浓度为15μM;荧光 激发波长为534nm。
本发明中要求保护的具有式I结构的荧光探针化合物,在文中也可以用 PAE-EB(IPh2)2表示,具有同等的含义。
本发明与现有技术相比,具有下列优点:
1.本发明实现了一个探针检测苯胺和氢离子。
2.本发明的探针有很好的选择性、灵敏度和很强的抗干扰能力。
3.本发明的荧光离子探针化合物为固体粉末,便于使用储存,并且合 成方法简单、收率高、成本低、具有良好的推广前景。
附图说明
图1是本发明实施例2中含有不同有机化合物的PAE-EB(IPh2)2溶液的荧 光发射光谱。
图2A是本发明实施例3中含有不同浓度苯胺的PAE-EB(IPh2)2溶液的荧 光发射光谱;图2B是PAE-EB(IPh2)2溶液的荧光发射光谱与苯胺浓度的关系 图。
图3是本发明实施例4中共存物质对含有苯胺的PAE-EB(IPh2)2溶液最大 荧光强度的影响。
图4A是本发明实施例5中不同pH值的PAE-EB(IPh2)2溶液的荧光发射光 谱,图4B是PAE-EB(IPh2)2溶液的荧光发射光谱与pH的关系图。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步阐述,但本发明的内容不限于此。 本发明说明书中的实施方式仅用于对本发明进行说明,其并不对本发明的 保护范围起到限定作用。本发明的保护范围仅由权利要求限定,本领域技 术人员在本发明公开的实施方式的基础上所做的任何省略、替换或修改都 将落入本发明的保护范围。
本发明所述的用于检测苯胺和氢离子的荧光探针的制备方法,其包括 如下步骤:
(1)中间体端基为8个丙烯酸酯的树枝状大分子(PAE(=)8)的合成:将三羟 甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二胺、无水甲醇混合,加热到30℃,反应4-8小时,反应 完毕用无水甲醇洗涤,得到无色透明的粘稠液体,反应式如下:
(2)中间体端基为8个伯胺基的树枝状大分子(PAE(NH2)8)的合成: 将PAE(=)8和乙二胺混合,加热到30℃,反应24小时,减压蒸馏,用乙 酸乙酯洗涤,得到淡黄色透明粘稠液体,反应式如下:
(3)中间体氯化二苯基碘鎓盐的合成:将苯、醋酸酐、碘酸钾混合, 在盐水冰浴的条件下反应,滴入醋酸酐浓硫酸溶液,室温反应48小时。 冷却,加入蒸馏水,过滤,滤液用乙醚和石油醚分别萃取。加入氯化铵, 抽滤,洗涤,重结晶,干燥,得到二苯基碘鎓盐晶体,反应式如下:
(4)中间体曙红B-碘鎓盐[EB(IPh2)2]的合成:曙红B盐与氯化二苯基 碘鎓盐避光室温反应5小时,过滤,洗涤,干燥,得到橙红色固体,反应 式如下:
(5)树枝状曙红B-碘鎓盐大分子[PAE-EB(IPh2)2]的合成:将 PAE(NH2)8溶于乙醇中,加入甲醛溶液混合,滴入EB(IPh2)2乙醇溶液,和 少许20%稀盐酸作为催化剂,加热到30-65℃,优选65℃,反应6-14h,蒸馏, 干燥,得到深红色粘稠液体,反应式如下:
实施例1:荧光探针的制备
(1)中间体端基为8个丙烯酸酯的树枝状大分子(PAE(=)8)的合成:
将60g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、2.4g乙二胺、30mL无水甲醇混合,加热到 30℃,反应6小时,用无水甲醇洗涤,得到无色透明的粘稠液体。
(2)中间体端基为8个伯胺基的树枝状大分子(PAE(NH2)8)的合成:
将4.665g PAE(=)8和108g乙二胺混合,加热到30-50℃,反应24小时,减 压蒸馏,用乙酸乙酯洗涤,得到淡黄色透明粘稠液体。
(3)中间体氯化二苯基碘鎓盐的合成:
将9mL苯,10mL醋酸酐,10.7g碘酸钾混合,在盐水冰浴的条件下(-5℃ 左右),缓慢滴入7mL浓硫酸和10mL醋酸酐混合液。滴完后将混合物放 置于室温,搅拌反应48h。反应完毕,在盐水冰浴下冷却,加入20mL蒸馏 水。在混合物中加入10mL无水乙醚搅拌,抽滤去除KHSO4,滤液用10mL 乙醚和10mL石油醚分别萃取一次,得到淡黄色的澄清溶液。在所得澄清液 中加入5.35g氯化铵水溶液50mL,搅拌,抽滤,用蒸馏水和乙醚洗涤。重 结晶,将白色粉末溶解于热甲醇,加入活性炭迅速搅拌脱色,趁热抽滤, 取滤得液体于烧杯中冷却,结晶,抽滤,干燥,得到白色固体。
(4)中间体曙红B-碘鎓盐[EB(IPh2)2]的合成:
将3.06g曙红B与3.22g氯化二苯基碘鎓盐置于50mL二氯甲烷中,用 锡箔纸包住,在室温下,暗处搅拌5h,过滤。将滤液置于真空干燥箱中干 燥得暗红色固体。加入无水乙醚洗涤,过滤,干燥,得到暗红色固体。
FT-IR(KBr,cm-1):ν=3413,3236,1616,1462,731,621,469.1H-NMR (CDCl3,400MHz,δ/ppm)核磁谱图中各峰与EB(IPh2)2结构中的质子峰 对应:δ7.735(d,10H),7.371(t,6H),7.199(t,8H),7.042(s,2H)。
(5)树枝状曙红B-碘鎓盐大分子[PAE-EB(IPh2)2]的合成:
将0.1g PAE(NH2)8溶于少量乙醇中,再加入72μL甲醛溶液。将乙醇加 热并滴加1-3滴20%稀盐酸,取0.531gEB(IPh2)2溶解于热乙醇,滴入上述溶 液。加热到65℃,反应12h,得到深红色透明液体。旋蒸,干燥3h,得到 深红色粘稠液体,产率为52.83%。
FT-IR(KBr,cm-1):ν=3406,2968,1639,1566,1389,1331,111,3, 820,737,592.1H-NMR(CDCl3,400MHz,δ/ppm)核磁谱图中各峰与 PAE-EB(IPh2)2结构中的质子峰对应:δ8.338(d,80H),7.732(t,48H), 7.191(m,64H),7.089(s,16H),3.461(t,32H),3.443(m,16H), 3.180(m,8H),2.762(d,24H),2.514(t,8H),1.820(t,4H),1.227 (t,16H),1.208(m,8H),0.785(t,12H)。13C-NMR(CDCl3,400MHz, δ/ppm)核磁谱图中各峰与PAE-EB(IPh2)2结构中的质子峰对应:δ171.906, 164.852,150.096,132.280,127.69,112.688,110.890,63.455,55.495, 48.775,44.047,34.048,32.078,22.115,19.342,10.569。
实施例2
PAE-EB(IPh2)2荧光光谱对有机化合物的选择性
在水溶液中,测定了PAE-EB(IPh2)2在加入有机化合物苯胺、甲胺、正 丁胺、乙二胺、三乙醇胺、二甲基甲酰胺、甲苯、乙苯、二甲苯前后的荧 光光谱,发现PAE-EB(IPh2)2对苯胺有很好的响应性,结果如图1所示。
图1是含有不同有机化合物的PAE-EB(IPh2)2溶液的荧光发射光谱。溶剂 为水,浓度:PAE-EB(IPh2)2(15μM),有机化合物(100μL),激发波长λex: 534nm,狭缝宽度:5/5nm,电压:450V。图中苯胺使荧光强度大大降低, 说明PAE-EB(IPh2)2在水中对苯胺有很好的选择性和灵敏度。
实施例3
PAE-EB(IPh2)2荧光检测苯胺:PAE-EB(IPh2)2荧光光谱与苯胺体积的关 系
以水为溶剂,测试加入体积分别为0、10、30、60、100、150μL的苯胺 对15μM的PAE-EB(IPh2)2溶液的荧光光谱的影响,结果如图2。
其中,λex=534nm,λem=600nm,狭缝宽度:5/5nm,电压:450V。最 大荧光强度F与苯胺体积的关系。
从图2A,2B可以看出,在0~150μL体积范围内,随着苯胺体积的增大, PAE-EB(IPh2)2的荧光强度逐渐降低,并且荧光强度与苯胺体积呈一定的线 性关系,线性方程为F=2659V苯胺-17,相关系数为R=-0.9832。可见, PAE-EB(IPh2)2可以定量检测苯胺。
实施例4
PAE-EB(IPh2)2荧光检测苯胺:PAE-EB(IPh2)2检测苯胺时的抗干扰性
图3是环境和生物相关共存有机化合物对PAE-EB(IPh2)2/苯胺的水溶液 荧光强度的影响。
其中,溶剂为水,浓度:PAE-EB(IPh2)2(15μM),有机化合物(100μL), 激发波长λex:534nm,狭缝宽度:5/5nm,电压:450V。
从图3看出,甲胺、正丁胺、乙二胺、三乙醇胺、二甲基甲酰胺、甲苯、 乙苯和二甲苯和对苯胺/PAE-EB(IPh2)2荧光强度影响不大。因此,在水中 PAE-EB(IPh2)2是可靠的高选择性和高灵敏度的苯胺荧光探针。
实施例5
PAE-EB(IPh2)2荧光检测H+:PAE-EB(IPh2)2荧光光谱与H+浓度的关系
其中,λex=534nm,λem=600nm,狭缝宽度:5/5nm,电压:450V。最
其中,λex=534nm,λem=600nm,狭缝宽度:5/5nm,电压:450V。最 大荧光强度F与pH浓度的关系。
从图4B可以看出,不同pH值下,PAE-EB(IPh2)2的水溶液荧光强度变化 明显。当溶液pH值从9.06降到6.86时,荧光强度降低较慢;当pH值由5.65 降到4.89时,荧光强度急剧降低;当pH值降低到3.71时,荧光强度迅速降低 直至猝灭。这说明PAE-EB(IPh2)2的荧光强度与所处溶液的pH值间有着不错 的依赖关系,在碱性溶液中荧光强度得到增强,在中性溶液中荧光较弱并 且稳定,而当溶液环境为酸性的时候荧光强度猝灭接近零。因此,在水中PAE-EB(IPh2)2是可靠的高选择性和高灵敏度的H+荧光探针。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项 技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的 保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰,都应涵盖在本 发明的保护范围之内。
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