CN110759834B - 一种用于识别铝离子的荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于识别铝离子的荧光探针及其制备方法和应用，荧光探针的分子式为C₂₄H₂₅N₂O₃，制备方法包括以下步骤，在N2保护下向三颈瓶中依次加入(1R，2R)‑环己二胺和无水乙醇，再将邻香兰素加入，调节溶液的酸碱度至pH＝4～5后真空旋干得淡黄色固体，并将其溶解在100mL蒸馏水中，用二氯甲烷洗剂三次，得黄色水溶液，缓慢滴加氨水至pH＝9～10，用蒸馏水洗剂三次后，收集二氯，利用无水硫酸钠真空干燥，得黄色半体化合物A，再向三颈瓶中依次加入化合物A和无水甲醇，再将2‑羟基‑1‑萘醛溶于甲醇溶液后加入其中，室温下继续反应后旋干至固体产生，用甲醇洗剂清洗固体三次，得到荧光探针，该方法简单快速、易于操作，且具备选择性好、灵敏度高。

Description

一种用于识别铝离子的荧光探针及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于铝离子识别用荧光探针技术领域，具体涉及一种用于识别铝离子的荧光探针及其制备方法和应用。

背景技术

铝是地壳中含量最高的金属元素，随着铝制品和含铝化合物的大量使用，使铝离子在水体、土壤中的含量明显地升高。过多地摄入铝会影响人肠胃内钙的吸收，导致软骨病，器官萎缩。而且对人体的中枢神经系统也会造成伤害，引起帕金森症和老年痴呆症等疾病。因此环境中铝离子的检测显得尤为重要，传统检测铝离子的方法包括原子吸收、原子发射、电化学分析法及多功能质谱，但这些方法大都较为复杂，费时且分析成本较高。近年来，荧光探针技术填补了这些不足，该方法方便、简单、易于操作，且具备选择性好、灵敏度高等优点，受到了广泛的关注,已应用于生命科学、食品科学及环境探测等领域。

但是现有的荧光探针在铝离子识别检测时有的专一性不够，易受其它离子的干扰，也有的成本较高、合成困难，有的膜渗透性能欠佳；有的激发波长在紫外区，应用于生物活体的检测受限制等不足影响其推广使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种用于识别铝离子的荧光探针及其制备方法和应用，以解决上述背景技术中提出的现有的荧光探针在铝离子识别检测时有的专一性不够，易受其它离子的干扰，也有的成本较高、合成困难，有的膜渗透性能欠佳；有的激发波长在紫外区，应用于生物活体的检测受限制等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于识别铝离子的荧光探针，荧光探针的分子式为C₂₄H₂₅N₂O₃，其结构式：

一种用于识别铝离子的荧光探针的制备方法，包括以下步骤，

S1、在N2保护下，向250mL的三颈瓶中依次加入(1R，2R)-环己二胺和无水乙醇，再将邻香兰素的无水乙醇溶液滴加到(1R，2R)-环己二胺溶液中，在半个小时内滴加完毕，继续搅拌，恒温反应30min；

S2、反应完成后滴加浓盐酸，调节溶液的酸碱度至pH＝4～5后真空旋干得淡黄色固体，并将其溶解在100mL蒸馏水中；

S3、将S2中得到的溶液转移至分液漏斗中用二氯甲烷洗剂三次，以除掉对称Schiff碱，得黄色水溶液，然后再往分液漏斗中加入二氯甲烷，二氯层为无色，水层为黄色，缓慢滴加氨水至pH＝9～10，充分摇匀，二氯层变为黄色，水层变为无色，去掉水层，用蒸馏水洗剂三次后，收集二氯，利用无水硫酸钠真空干燥，得黄色半体化合物A，所述化合物A的分子式为：C₁₄H₂₀N₂O₂；结构式为：

S4、向250mL的三颈瓶中依次加入化合物A和无水甲醇，再将2-羟基-1-萘醛溶于甲醇溶液后加入其中，室温下继续反应1h，30℃以下旋干至固体产生，用甲醇洗剂清洗固体三次，得到荧光探针。

优选的，在S1中，具体为先向250mL的三颈瓶中依次加入1.14g(1R,2R)-环己二胺和60mL无水乙醇得到(1R,2R)-环己二胺溶液，同时将1.52g邻香兰素溶于50mL无水乙醇溶液得到邻香兰素溶液，然后将邻香兰素溶液半个小时内滴加到(1R,2R)-环己二胺溶液中，继续搅拌，恒温50℃环境下反应30min。

优选的，在S2中，所述浓盐酸的浓度为1mol/L。

优选的，在S4中，具体的是向250mL的三颈瓶中依次加入1.24g黄色半体化合物A和60mL无水甲醇，再将0.86g 2-羟基-1-萘醛溶于20mL甲醇溶液后加入上述反应液中，室温下继续反应1h后在30℃以下旋干至固体产生，利用甲醇洗剂清洗固体三次即可得到荧光探针。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明制备的荧光探针合成制备过程简单，原料易得，反应条件简单，操作简单；在多种常见阳离子中，荧光探针对Al³⁺具有高度选择性，不受其他常见离子的干扰，同时荧光探针对Al³⁺检测的响应很快，，具有较好的灵敏度；在铝离子浓度为4.00×10-5mol·L^-1时，该探针对铝离子的最低检测限为1.358×10-8mol·L^-1，两者之间的结合常数为3.85×10³mol/L。

附图说明

图1为荧光探针(4.0×10^-5mol/L)在乙醇中与不同金属离子作用的荧光光谱；

图2为荧光探针(4.0×10^-5mol/L)的荧光光谱随铝离子浓度的变化图；

图3为在480nm处，荧光探针(4.0×10^-5mol/L)的荧光强度随铝离子浓度的曲线图；

图4为图3的校正曲线图；

图5为图3的Job法测定曲线；

图6为荧光探针(4.0×10^-5mol/L)在乙醇中与不同金属离子作用的紫外吸收光谱；

图7为荧光探针(4.0×10^-5mol/L)的紫外吸收光谱随铝离子浓度的变化图；

图8为荧光探针(4.0×10^-5mol/L)的吸光度在420nm处随铝离子浓度的曲线图

图9为荧光探针(4.0×10^-5mol/L)检测铝离子时受其他干扰阳离子影响的柱状图，

附图标记：

A-blank；B-Li⁺；C-Na⁺；D-K⁺；E-Mg²⁺；F-Ca²⁺；G-Sr³⁺；H-Ba²⁺；I-Al³⁺；J-Fe³⁺；K-Co²⁺；L-Ni²⁺；M-Cu²⁺；N-Zn²⁺；O-Pb²⁺；P-Cd²⁺；Q-Hg²⁺；R-Ag⁺。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，本发明提供一种技术方案：一种用于识别铝离子的荧光探针，分子式为C₂₄H₂₅N₂O₃，其结构式：

一种用于识别铝离子的荧光探针的,制备方法，

包括以下步骤，

S1、先向250mL的三颈瓶中依次加入1.14g(1R,2R)-环己二胺和60mL无水乙醇得到(1R,2R)-环己二胺溶液，同时将1.52g邻香兰素溶于50mL无水乙醇溶液得到邻香兰素溶液，然后将邻香兰素溶液半个小时内滴加到(1R,2R)-环己二胺溶液中，继续搅拌，恒温50℃环境下反应30min；

S2、反应完成后滴加浓盐酸，所述浓盐酸的浓度为1mol/L，调节溶液的酸碱度至pH＝4～5后真空旋干得淡黄色固体，并将其溶解在100mL蒸馏水中；

S3、将S2中得到的溶液转移至分液漏斗中用二氯甲烷洗剂三次，以除掉对称Schiff碱，得黄色水溶液，然后再往分液漏斗中加入二氯甲烷，二氯层为无色，水层为黄色，缓慢滴加氨水至pH＝9～10，充分摇匀，二氯层变为黄色，水层变为无色，去掉水层，用蒸馏水洗剂三次后，收集二氯，利用无水硫酸钠真空干燥，得黄色半体化合物A，所述化合物A的分子式为：C₁₄H₂₀N₂O₂；结构式为：

S4、向250mL的三颈瓶中依次加入1.24g黄色半体化合物A和60mL无水甲醇，再将0.86g 2-羟基-1-萘醛溶于20mL甲醇溶液后加入上述反应液中，室温下继续反应1h后在30℃以下旋干至固体产生，利用甲醇洗剂清洗固体三次即可得到荧光探针。

实施例2，验证荧光探针对金属离子的选择性，

(1)制备荧光探针储备液，浓度为4.0×10^-4mol/L：称取荧光探针16.0mg，用无水乙醇溶解，配制100mL溶液；Al³⁺储备液2.0×10^-3mol/L：称取7.5mg Al(NO₃)₃，用乙醇溶解，配制成100mL溶液；Al³⁺储备液4.0×10^-5mol/L和4.0×10^-4mol/L由Al³⁺储备液2.0×10-3mol/L稀释而成，所有金属阳离子均用乙醇配制成2.0×10^-3mol/L；

(2)在10.0mL容量瓶中依次加入荧光探针储备液，金属阳离子，用乙醇定容至刻度，摇匀，放置2h，移入1cm的石英比色皿进行紫外可见吸收和荧光光谱测定，荧光光谱测定的激发和发射波长为364/480nm，紫外可见吸收光谱乙醇作参比。

结果显示：具体参阅附图1，实验选择Tris-HCl缓冲溶液控制体系pH为7.0左右，纯乙醇介质中，当激发波长、发射波长分别为375，467nm时无明显的荧光。在相同条件下加入Al³⁺可观察到配体L6溶液中的荧光显著增强。其它实验金属离子如Li⁺,Na⁺,K⁺,Ag⁺,Mg²⁺,Ca^{2 +},Sr³⁺,Ba²⁺,Al³⁺,Fe³⁺,Co²⁺,Ni²⁺,Cu²⁺,Zn²⁺,Pb²⁺,Cd²⁺,Hg²⁺,Cr³⁺的加入均无明显的响应信号，实验表明荧光探针对Al³⁺有良好识别能力。

结合附图6可知荧光探针不仅对Al³⁺有作用，而且Ni²⁺,Cu²⁺等过渡金属会产生一定的影响，但是Ni²⁺,Cu²⁺的金属离子会导致荧光探针在420nm处的吸光度降低，在420nm处其中Cu²⁺产生的效果与Al³⁺的一样，足量的Cu²⁺或Al³⁺都会使该处的吸收峰消失。但非常有趣的是荧光探针受Al³⁺的影响，在371nm处有了一个新的吸收峰，而其它金属离子包括Ni²⁺,Cu²⁺都没有产生这样的效果，所以也可通过紫外吸收光谱也可以识别Al³⁺。

实施例3，荧光探针的荧光光谱随铝离子浓度的变化

固定荧光探针溶液浓度为4.0×10^-5mol/L，分别加入不同浓度Al³⁺，震荡摇匀静置2h后进行荧光测试，激发波长346nm。结果如附图2所示，在乙醇溶液中荧光探针的荧光光谱随Al³⁺的浓度增加的变化图，荧光探针的最大发射波长在480nm，随着Al³⁺的浓度增加，荧光探针的荧光不断增强，但是当Al³⁺的浓度的约为荧光探针的2倍以后，荧光探针的荧光增加幅度变小。

此外在乙醇溶液中，以激发和发射波长为364/480nm，室温下测定铝离子对荧光探针4.00×10^-5mol·L^-1的荧光增强的校准曲线，铝离子浓度在2.0×10^-6～8×10^-5mol·L-1范围内，体系荧光强度与浓度呈线性相关，平行测定5次4.00×10-5mol·L-1Al3+与荧光探针2.00×10^-4mol·L^-1溶液的相对标准偏差(R.S.D.)为4.3％，相关系数R²＝0.9905(n＝17)，检出限为1.358×10^-8mol·L^-1。结合附图3、附图4和附图5可知，铝离子与荧光探针的作用比可能为2:1，其结合常数为3.85×10³L·mol^-1。

实施例4，荧光探针的紫外吸收光谱随铝离子浓度的变化

固定荧光探针溶液浓度为4.0×10^-5mol/L，分别加入不同浓度Al³⁺，震荡摇匀静置2h后进行荧光测试。结果如附图7和附图8所示，荧光探针的紫外吸收光谱随着Al³⁺的浓度的变化在371nm和420nm处均发生了很有规律的变化。在371nm处，荧光探针的吸光度逐渐增强，并且有了一个很明显的峰。但是在420nm处的吸收峰却随着Al³⁺的浓度的增加而减小。从此现象表明，也就是荧光探针在420nm处的吸收峰蓝移至371nm处，蓝移了49nm。在420nm处，荧光探针的吸光度随着配体Al³⁺的增加，其吸光度不断降低。

实施例5，金属离子的干扰性试验，

为了验证荧光探针的选择性能，进行了常见共存金属离子的干扰实验，结果见附图9，结果表明在相同实验条件下，荧光探针对Li⁺,Na⁺,K⁺,Ag⁺,Mg²⁺,Ca²⁺,Sr²⁺,Ba²⁺,Fe³⁺,Co^{2 +},Ni²⁺,Cu²⁺,Zn²⁺,Pb²⁺,Cd²⁺,Hg²⁺没有明显的响应，而加入Al³⁺能够诱导荧光探针产生强而稳定的荧光发射；在荧光探针-Al³⁺溶液体系中加入相对于Al³⁺(2.0×10^-5mol/L)浓度2倍的上述金属离子时，Li⁺,Na⁺,K⁺,Ag⁺,Mg²⁺,Ca²⁺,Sr²⁺,Ba²⁺碱金属以及碱土金属对配合物的荧光发射强度没有影响，过渡金属中的Zn²⁺,Pb²⁺,Cd²⁺也没有产生影响，而Fe³⁺,Co²⁺,Ni²⁺,Cu²⁺,Hg²⁺造成了影响，它们的猝灭率分别为57.5％，33.2％，42.7％，97.4％，13.2％。这样的结果与Schiff碱的优越配位能力是相符合的，同时也与紫外吸收光谱产生的影响类似。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种用于识别铝离子的荧光探针，特征在于：荧光探针的分子式为C₂₄H₂₅N₂O₃，其结构式：

2.根据权利要求1所述的一种用于识别铝离子的荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1、在N2保护下，向250mL的三颈瓶中依次加入(1R，2R)-环己二胺和无水乙醇，再将邻香兰素的无水乙醇溶液滴加到(1R，2R)-环己二胺溶液中，在半个小时内滴加完毕，继续搅拌，恒温反应30min；

S2、反应完成后滴加浓盐酸，调节溶液的酸碱度至pH＝4～5后真空旋干得淡黄色固体，并将其溶解在100mL蒸馏水中；

S3、将S2中得到的溶液转移至分液漏斗中用二氯甲烷洗剂三次，以除掉对称Schiff碱，得黄色水溶液，然后再往分液漏斗中加入二氯甲烷，二氯层为无色，水层为黄色，缓慢滴加氨水至pH＝9～10，充分摇匀，二氯层变为黄色，水层变为无色，去掉水层，用蒸馏水洗剂三次后，收集二氯，利用无水硫酸钠真空干燥，得化合物A，所述黄色半体化合物A的分子式为：C₁₄H₂₀N₂O₂；结构式为：

S4、向250mL的三颈瓶中依次加入化合物A和无水甲醇，再将2-羟基-1-萘醛溶于甲醇溶液后加入其中，室温下继续反应1h，30℃以下旋干至固体产生，用甲醇洗剂清洗固体三次，得到荧光探针。

3.根据权利要求2所述的一种用于识别铝离子的荧光探针的制备方法，其特征在于，在S1中，具体为先向250mL的三颈瓶中依次加入1.14g(1R,2R)-环己二胺和60mL无水乙醇得到(1R,2R)-环己二胺溶液，同时将1.52g邻香兰素溶于50mL无水乙醇溶液得到邻香兰素溶液，然后将邻香兰素溶液半个小时内滴加到(1R,2R)-环己二胺溶液中，继续搅拌，恒温50℃环境下反应30min。

4.根据权利要求2所述的一种用于识别铝离子的荧光探针的制备方法，其特征在于，在S2中，所述浓盐酸的浓度为1mol/L。

5.根据权利要求2所述的一种用于识别铝离子的荧光探针的制备方法，其特征在于，在S4中，具体的是向250mL的三颈瓶中依次加入1.24g黄色半体化合物A和60mL无水甲醇，再将0.86g 2-羟基-1-萘醛溶于20mL甲醇溶液后加入反应液中，室温下继续反应1h后在30℃以下旋干至固体产生，利用甲醇洗剂清洗固体三次即可得到荧光探针。

6.根据权利要求1所述的一种用于识别铝离子的荧光探针的应用，在荧光探针浓度为4.00×10^-5mol/L时，以364nm为激发波长，识别到铝离子时，最大荧光波长为480nm。

7.根据权利要求1所述的一种用于识别铝离子的荧光探针的应用，在铝离子浓度为4.00×10^-5mol·L^-1时，对铝离子的最低检测限为1.358×10^-8mol·L^-1，且两者之间的结合常数为3.85×10³mol/L。

8.根据权利要求1所述的一种用于识别铝离子的荧光探针用于对Al³⁺的识别。

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