CN111039972B - 4-羟基咔唑类化合物作为氟离子荧光探针的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了4‑羟基咔唑类化合物作为氟离子荧光探针的应用，所述4‑羟基咔唑类化合物，其结构式如下：
Figure DDA0002295471930000011
式中，R为H或硅烷取代基。该荧光探针可用于生物或环境样本中的氟离子检测，可实现对氟离子的定性及定量检测。与现有技术相比，该荧光探针具有高选择性、高灵敏度等特点，且具有较宽的线性范围，可实现较宽浓度范围内的氟离子的检测，应用范围广。

Description

4-羟基咔唑类化合物作为氟离子荧光探针的应用
技术领域
本发明涉及化学分析检测技术领域，具体涉及4-羟基咔唑类化合物作为氟离子荧光探针的应用。
背景技术
氟离子是电负性最强、离子半径最小的阴离子，是一个强路易斯碱，在化学、生物学、医学和军事等方面都具有重要作用。适量的氟化物摄入人体可以预防龋齿、治疗骨质疏松症，但是过量的摄入对人体危害很大，轻则会影响牙齿和骨骼的生长发育，出现氟化骨症、氟斑牙等慢性氟中毒症状，重则引起心律不齐、恶心、呕吐等急性氟中毒。此外，过量的氟离子还会对蛋白质和DNA的合成都有抑制作用，使得免疫系统代谢紊乱，最终使机体免疫能力下降。过量的氟还会导致动物血压下降甚至贫血，影响动物的生长发育，因此氟离子的识别与检测具有重要意义。
现有技术中，氟离子分析方法有选择电极法、离子色谱法、氟试剂比色法和荧光探针法，其中，选择电极法是在一定范围内，由电位与溶液中特定离子活度的对数呈线性关系(能斯特方程)，通过与已知离子浓度的溶液比较可求得未知溶液的离子浓度。该方法操作简便、快速，具有较高的精密度和准确度，但其线性范围较窄。离子交换色谱法检出限可达0.1～20mg/L，该方法操作简便，测量快速准确，但仪器昂贵。氟试剂比色法是检测氟离子含量方法中灵敏度较高的一种方法，但该方法需要由专业人员完成。荧光探针法具有选择性好、灵敏度高、方便快捷、成本低廉等优点，成为为了近年来化学研究者的研究热点。但现有技术中的荧光探针线性范围较低，使得其应用范围有限。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种4-羟基咔唑及其衍生物作为氟离子荧光探针的应用，该探针本身具有荧光，与氟离子反应后产物荧光强度发生变化且能够在较宽的浓度范围内对氟离子进行定量检测。
本发明还提出上述荧光探针的应用。
根据本发明的第一方面实施例的4-羟基咔唑类化合物作为氟离子荧光探针的应用，所述4-羟基咔唑类化合物的结构式如下：
Figure BDA0002295471910000021
式中，R为H或硅烷取代基；优选地，所述R为叔丁基二甲基硅烷取代基(t-butyldimethylsilyl，TBDMS)。
根据本发明的第二方面实施例的应用，一种氟离子检测方法，包括以下步骤：将上述4-羟基咔唑类化合物的溶液与待测样本混合后，测定体系的荧光强度变化作为评价指标。
根据本发明的一些实施例，所述4-羟基咔唑类化合物的溶液中溶剂为乙腈。
根据本发明的一些实施例，所述荧光强度的测定条件为：在365nm的激发光波长进行测定。
根据本发明的一些实施例，所述4-羟基咔唑类化合物的溶液中4-羟基咔唑类化合物的浓度为1～100μmmol/L；优选为20～50μmmol/L。
根据本发明的一些实施例，所述检测为定量检测或定性检测。
根据本发明的一些实施例，若所述检测为定量检测，所述方法还包括以下步骤：通过配制不同浓度氟离子标准溶液及4-羟基咔唑类化合物的标准溶液，将两者混合后测定不同浓度氟离子的荧光强度，绘制标准曲线，拟合确定荧光强度变化量与氟离子浓度的函数关系，并根据所述函数关系计算待测样本中氟离子的浓度。
根据本发明的一些实施例，所述不同浓度氟离子标准溶液中氟离子的浓度范围在0～500μmmol/L之间；优选为在20～500μmmol/L之间。
根据本发明实施例的氟离子荧光探针及其在氟离子检测中的应用，至少具有如下有益效果：该荧光探针与待测样本一混合即可测定，反应迅速；该荧光探针具有高选择性、高灵敏度等特点，且具有较宽的线性范围，可实现较宽浓度范围内的氟离子的检测，应用范围广。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例1中制得的荧光探针的核磁共振H谱图；
图2为本发明实施例1中50μmol/L荧光探针的乙腈溶液中，加入不同浓度F-溶液的紫外-可见光谱变化图；
图3为本发明实施例1中50μmol/L荧光探针在不同比例乙腈-水溶液中，加入F-溶液后在365nm激发光波长下的荧光发射光谱变化图；
图4为本发明实施例1中50μmol/L荧光探针的乙腈溶液中，加入不同浓度F-溶液后在365nm激发光波长下的荧光发射光谱变化图；
图5为本发明实施例1中50μmol/L荧光探针检测的F-浓度与425nm发射波长下的荧光强度与浓度关系图；
图6为本发明实施例1中20μmol/L荧光探针的乙腈溶液中，加入不同浓度F-溶液后在365nm激发光波长下的荧光发射光谱变化图；
图7本发明实施例1中20μmol/L荧光探针检测的F-浓度与425nm发射波长下的荧光强度与浓度关系图；
图8为本发明实施例1中20μmol/L荧光探针的乙腈溶液中，加入不同浓度F-溶液后在275nm激发光波长下的荧光发射光谱变化图；
图9为本发明实施例1中20μmol/L荧光探针的乙腈溶液中，加入不同浓度F-溶液的荧光激发光谱变化图；
图10为本发明实施例1中20μmol/L荧光探针的乙腈溶液在365nm激发光波长下对不同阴离子的荧光发射光谱变化图；
图11为本发明实施例2中20μmol/L荧光探针的乙腈溶液中，加入不同浓度F-溶液的荧光激发光谱变化图；
图12为本发明实施例2中20μmol/L荧光探针的乙腈溶液中，加入不同浓度F-溶液后在275nm激发光波长下的荧光发射光谱变化图；
图13为本发明实施例2中20μmol/L荧光探针的乙腈溶液中，加入不同浓度F-溶液后在365nm激发光波长下的荧光发射光谱变化图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明的实施例1为：4-羟基咔唑衍生物作为氟离子荧光探针中的应用，其结构式如下：
Figure BDA0002295471910000041
该化合物的制备过程如下：
在安装有温度计和回流冷凝管的500ml三口烧瓶中加入18.32g(0.1mol)的4-羟基咔唑、叔丁基二甲基氯硅烷15.80g(0.105mol)、100mL的二氯甲烷、10ml的N，N-二甲基甲酰胺，使用磁搅拌子搅拌内容物。向该混合物中慢慢加入咪唑7.15g(0.105mol)，然后室温搅拌2小时，搅拌后过滤反应混合物，将不溶物用二氯甲烷洗净，将滤液浓缩，加入乙酸乙酯150ml和水100ml进行分液操作，提取有机层将其浓缩。用硅胶色谱柱(洗出溶剂：己烷/二氯甲烷＝1:3)纯化后得到上述氟离子荧光探针。其制备机理如下：
Figure BDA0002295471910000042
取上述操作制得的荧光探针进行核磁共振分析，结果如图1所示。1H NMR(600MHz,DMSO)δ11.26(s,1H),8.18(d,J＝7.8Hz,1H),7.45(d,J＝8.1Hz,1H),7.37-7.31(m,1H),7.24(t,J＝7.9Hz,1H),7.18-7.12(m,1H),7.08(d,J＝8.0Hz,1H),6.62(d,J＝7.8Hz,1H),1.08-1.05(m,9H),0.38-0.33(m,6H).
将上述操作制得的荧光探针应用于氟离子的检测中，具体操作如下：
将上述荧光探针溶于乙腈中，制备成20μmol/L的溶液，分别与含有0、50μmol/L和200μmol/L的F-的DMSO溶液进行混合，测定其在300～600nm间的吸光度值，结果如图2所示，从图2中可以看出，随着F-浓度的增加，可见光区的吸光度值增加；同时，在可见光区的吸光度值也增加，溶液从无色变成肉眼可见的微黄色，因此，本发明方案的荧光探针可直接实现肉眼检测，使用方便。
为验证不同溶剂的影响，将上述荧光探针溶于不同比例的乙腈-水混合溶液(荧光探针浓度均为50μmol/L)，测定其与50μmol/L F-的DMSO溶液混合后的荧光强度，结果如图3所示，从图3中可以看出，在纯乙腈中的荧光强度显著强于其他比例中。
将上述荧光探针在纯乙腈溶液(荧光探针浓度均为50μmol/L)中，与不同浓度(0～500μmol/L)F-的DMSO溶液(具体包括0、50、100、150、200、250、300、350、400、450和500μmol/L)混合后，即可检测其在365nm激发波长下的荧光发射光谱图，结果如图4所示，其在425nm发射波长下的浓度-荧光强度关系如图5所示。从图4中可以看出，随着浓度的增加，反应后的溶液体系的荧光强度不断增强。对图5中的曲线进行线性拟合，结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0002295471910000051
将上述荧光探针在纯乙腈溶液(荧光探针浓度均为20μmol/L)中，与不同浓度(0～400μmol/L)F-的DMSO溶液混合后，在365nm的激发波长下检测荧光发射光谱图，结果如图6所示，其在425nm发射波长下的浓度-荧光强度关系如图7所示。从图6中可以看出，随着浓度的增加，反应后的溶液体系的荧光强度不断增强。对图7中的曲线进行线性拟合结果如下表2所示：
表2
Figure BDA0002295471910000061
结合表1和表2的数据可以看出，以50μmol/L荧光探针进行定量检测，线性相关性更好。
在275nm的激发波长下，用20μmol/L荧光探针的乙腈溶液检测不同浓度的氟离子的荧光发射光谱的变化情况如图8所示。在425nm的发射波长下，不同浓度的氟离子的荧光激发光谱的变化情况如图9所示。
为证明本发明实施例方案的荧光探针的选择性，将其溶于乙腈中制备成20μmol/L的溶液后，分别与含有200μmol/L的F-、Br-、ClO-、ClO3 -、CO3 2-、S2O8 2-、H2PO4 -、HPO4 2-、HSO3 -、HSO4 -、NO3 -、PO4 3-、S2-、S2O3 2-、SO4 2-的溶液及空白对照溶液混合，测定反应后的荧光强度，结果如图10所示，从图10中可以看出，该探针具有高度选择性。
本发明的实施例2为：4-羟基咔唑类化合物作为氟离子荧光探针的应用，其结构式如下：
Figure BDA0002295471910000062
将上述荧光探针溶于乙腈中，制备成20μmol/L的溶液，在425nm的发射波长下，不同浓度的氟离子的荧光激发光谱的变化情况如图11所示。在275nm的激发波长下，用20μmol/L荧光探针的乙腈溶液检测不同浓度的氟离子的荧光发射光谱的变化情况如图12所示。在365nm的激发波长下，用20μmol/L荧光探针的乙腈溶液检测不同浓度(0、25、40、60、80、100、120、160、200、250、300、350、400μmol/L)的氟离子的荧光发射光谱的变化情况如图13所示，从图13中可以看出，该荧光探针同样能实现在0～400μmol/L间对氟离子浓度进行准确的定量。此外，该荧光探针还同样具有良好的选择性。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种氟离子检测方法，其特征在于：包括以下步骤：将4-羟基咔唑类化合物的溶液与待测样本混合后，测定体系的荧光强度的增加作为评价指标；
所述4-羟基咔唑类化合物的结构式如下：
式中，R为H或硅烷取代基，所述硅烷取代基为TBDMS。
2.根据权利要求1所述的氟离子检测方法，其特征在于：所述4-羟基咔唑类化合物的溶液中溶剂为乙腈。
3.根据权利要求2所述的氟离子检测方法，其特征在于：所述荧光强度的测定条件为：在365nm的激发光波长进行测定。
4.根据权利要求1所述的氟离子检测方法，其特征在于：所述4-羟基咔唑类化合物的溶液中4-羟基咔唑的浓度为1~100μmmol/L。
5.根据权利要求1所述的氟离子检测方法，其特征在于：所述4-羟基咔唑类化合物的溶液中4-羟基咔唑的浓度为20~50μmmol/L。
6.根据权利要求1所述的氟离子检测方法，其特征在于：所述待测样本为生物样本或环境样本。
7.根据权利要求1所述的氟离子检测方法，其特征在于：所述检测为定量检测或定性检测。
8.根据权利要求7所述的氟离子检测方法，其特征在于：若所述检测为定量检测，所述方法还包括以下步骤：通过配制不同浓度氟离子标准溶液及4-羟基咔唑类化合物的标准溶液，将两者混合后测定不同浓度氟离子的荧光强度，绘制标准曲线，拟合确定荧光强度变化量与氟离子浓度的函数关系，并根据所述函数关系计算待测样本中氟离子的浓度。
9.根据权利要求8所述的氟离子检测方法，其特征在于：所述不同浓度氟离子标准溶液中氟离子的浓度范围在20~500μmmol/L之间。
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