CN111504994A

CN111504994A - 基于卟啉的多孔有机聚合物及其在硫离子比色检测中的应用

Info

Publication number: CN111504994A
Application number: CN202010380872.0A
Authority: CN
Inventors: 荆路; 李彦红; 高明波; 张晓梅
Original assignee: First Geological Team Of Shandong Geology And Mineral Exploration And Development Bureau; Shandong University
Current assignee: First Geological Team Of Shandong Geology And Mineral Exploration And Development Bureau; Shandong University
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2040-05-07
Also published as: CN111504994B

Abstract

本发明提供了基于卟啉的多孔有机聚合物及其在硫离子比色检测中的应用，包含如下化学结构：

所述基于卟啉的多孔有机聚合物的分子量为3000～4000。本发明提供的基于卟啉的多孔有机聚合物不仅具有较高的稳定性，而且其针对硫离子的检测具有更低的检测限，灵敏度更高。

Description

基于卟啉的多孔有机聚合物及其在硫离子比色检测中的应用

技术领域

本发明涉及基于卟啉的多孔有机聚合物及其在硫离子比色检测中的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，大量释放到环境中的硫化物是石油化工、皮革工业和食品加工业的副产品，它们主要以S^2-和H₂S的形式存在。硫化物是有害的环境污染物，低浓度的硫化氢有一种臭鸡蛋的气味，但是H₂S在高浓度下是无味的。当H₂S在空气中超过一定的值时，会使呼吸系统迅速瘫痪，造成思维的不平衡，最终导致死亡。H₂S作为人体的第三种气体传递介质，越来越受到人们的研究兴趣。调查发现，血液中H₂S的异常水平与阿尔茨海默病、唐氏综合征、糖尿病等多种疾病密切相关。因此，在考虑到硫化物的固有毒性、高挥发性和快速分解代谢的基础上，开发一种简单、高效、廉价、快速的检测平台，实时、实时地检测硫化物是非常重要的。

测定硫化物的方法有滴定法、气相色谱法、高效液相色谱法、电化学法、荧光光谱法、等离子体-原子发射光谱法和电感耦合等离子体-原子发射光谱法。这些技术是稳健和敏感的。然而，由于其固有的缺点，即需要昂贵而复杂的仪器、复杂的样品预处理和时间消耗，它们中的许多在及时和现场检测应用方面受到限制。比色法检测硫化物是一种较理想的方法，因为它不需要复杂的仪器和复杂的预处理程序，而且具有响应时间短、成本低的优点。更重要的是，实验性能可以方便、实时的被肉眼观察到，最大限度的减少了对熟练操作人员的需求，同时也体现了其高实用性。基于功能化金属纳米材料的比色平台已被开发用于检测硫化物，如金纳米颗粒(Au NPs)、铜纳米颗粒(Cu NPs)、铜金纳米颗粒(Cu@Au NPs)、Ag/Au核-壳纳米柱(Ag/Au core-shell nanoprisms)、Au/AgI二聚纳米颗粒(Au/AgIdimeric NPs)、 Au@Ag核壳纳米颗粒(Au@Ag core-shell NPs)和纳米棒。这些传感器对硫化物具有很高的灵敏度和特异性。然而，根据本发明的发明人研究发现，由于铜、银等金属纳米材料对氧化物的敏感性，这些金属基纳米探针往往稳定性较差，严重限制了其在实际样品中的应用。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供基于卟啉的多孔有机聚合物及其在硫离子比色检测中的应用，该基于卟啉的多孔有机聚合物不仅具有较高的稳定性，而且其针对硫离子的检测具有更低的检测限，灵敏度更高。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种基于卟啉的多孔有机聚合物，所述基于卟啉的多孔有机聚合物包含如下化学结构：

所述基于卟啉的多孔有机聚合物的分子量为3000～4000。

另一方面，一种上述基于卟啉的多孔有机聚合物的制备方法，三(4-乙炔基苯基)胺与 5,10,15,20-四(4-溴苯基)铁卟啉在催化剂作用下进行Sonogashira偶联反应获得，所述催化剂为一价铜盐和二价钯盐。

第三方面，一种上述基于卟啉的多孔有机聚合物作为过氧化物酶的应用。

第四方面，一种上述基于卟啉的多孔有机聚合物在在硫离子比色检测中的应用。

第五方面，一种比色检测硫离子的方法，将上述基于卟啉的多孔有机聚合物、3,3',5,5'- 四甲基联苯胺(TMB)、H₂O₂加入至含有硫离子的待测溶液中，静置，对静置后的溶液进行肉眼观测或吸光度检测。

第六方面，一种硫离子比色检测的试剂，包括基于卟啉的多孔有机聚合物、3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)、H₂O₂。

第七方面，一种硫离子比色检测的试纸，包括滤纸，所述滤纸负载上述硫离子比色检测的试剂。

本发明提供的基于卟啉的多孔有机聚合物具有良好的热稳定性，通过具有过氧化物酶活性，经过实验发现，该基于卟啉的多孔有机聚合物作为过氧化物酶模拟物能够用于定量检测硫离子，对硫离子的检测具有较高的灵敏度。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例制备的FePPOP_EPA的热重分析曲线；

图2为本发明实施例制备的FePPOP_EPA的红外光谱图，a为FeTBrPP，b为EPA，c为FePPOP_EPA；

图3为本发明实施例制备的FePPOP_EPA的固体碳谱图；

图4为本发明实施例制备的FePPOP_EPA的电镜图片，A为扫描电镜(SEM)，B为透射电镜(TEM)；

图5为本发明实施例制备的FePPOP_EPA的多晶粉末X射线衍射图谱；

图6为本发明实施例制备的FePPOP_EPA的氮气吸脱附曲线图；

图7为本发明实施例制备的FePPOP_EPA的过氧化物酶性能表征图，A为不同波长下的吸光度，B为不同时间下的吸光度；

图8为本发明实施例制备的FePPOP_EPA的过氧化物酶活性条件表征图，A为时间，B为pH；

图9为本发明实施例制备的FePPOP_EPA的过氧化物酶活性动力学表征图，A为H₂O₂底物的初速度与底物浓度的曲线，B为A的初速度与底物浓度双倒数的模拟标准曲线，C为TMB底物的初速度与底物浓度的曲线，D为C的初速度与底物浓度双倒数的模拟标准曲线；

图10为本发明实施例制备的FePPOP_EPA的比色法检测硫离子的表征图，A为不同硫离子浓度的吸光度，从上至下浓度依次为0、0.2、1、3、6、7、8、9、10、30、40μM，B为硫离子浓度与吸光度的标准曲线，C为不同硫离子浓度的图片；

图11为本发明实施例制备的FePPOP_EPA的试纸条的检测表征图；

图12为本发明实施例制备的FePPOP_EPA对H₂O₂分解的催化机制的表征图，A为 NBT+H₂O₂+NADH体系，B为DPBF+H₂O₂体系，C为TA+H₂O₂+FePPOP_EPA体系的曲线，D 为TA+H₂O₂+FePPOP_EPA体系的柱状图；

图13为本发明实施例制备的FePPOP_EPA的过氧化物酶活性产生活性氧种类的表征图；

图14为本发明实施例制备的FePPOP_EPA检测硫化物的机理表征图，A为FePPOP_EPA的XPS， B为FePPOP_EPA-1的XPS，C为A的Fe_2p的放大图，D为B的S_2P的放大图；

图15为图14的部分放大图，A为FePPOP_EPA的XPS的N_1s，B为FePPOP_EPA-1的XPS的N_1s，C为FePPOP_EPA的XPS的C_1s，D为FePPOP_EPA-1的XPS的C_1s。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明提供了基于卟啉的多孔有机聚合物及其在硫离子比色检测中的应用。

本发明的一种典型实施方式，提供了一种基于卟啉的多孔有机聚合物，包含如下化学结构：

所述基于卟啉的多孔有机聚合物的分子量为3000～4000。例如3035.29。

上述化学结构通过

进行连接。其中，波浪线部分为连接位置。

本发明的另一种实施方式，提供了一种上述基于卟啉的多孔有机聚合物的制备方法，三(4-乙炔基苯基)胺与5,10,15,20-四(4-溴苯基)铁卟啉在催化剂作用下进行Sonogashira偶联反应获得，所述催化剂为一价铜盐和二价钯盐。

所述Sonogashira偶联反应又称薗头耦合反应、薗头反应或薗头-萩原耦合反应，是一种有机合成中用到的形成碳-碳键的交叉偶联反应。

所述一价铜盐例如碘化亚铜等。所述二价钯盐例如双三苯基磷二氯化钯等。

所述三(4-乙炔基苯基)胺的合成过程为：三(4-溴苯)胺与三甲基硅乙炔基进行Sonogashira偶联反应，获得三(4-三甲基硅乙炔基苯基)胺，将三(4-三甲基硅乙炔基苯基)胺金属水解获得三(4-乙炔基苯基)胺。

所述5,10,15,20-四(4-溴苯基)铁卟啉的合成过程为：5,10,15,20-四(4-溴苯基)卟啉与氯化铁加热回流反应获得。所述5,10,15,20-四(4-溴苯基)铁卟啉可以为市售产品，也可以自行合成。

该实施方式的一种或多种实施例中，Sonogashira偶联反应的溶剂体系为三乙胺与四氢呋喃。

该实施方式的一种或多种实施例中，Sonogashira偶联反应的反应条件为：在惰性气氛下，在高压反应釜内，加热至95～105℃进行反应。

本发明的第三种实施方式，提供了一种上述基于卟啉的多孔有机聚合物作为过氧化物酶的应用。

本发明的第四种实施方式，提供了一种上述基于卟啉的多孔有机聚合物在在硫离子比色检测中的应用。

本发明的第五种实施方式，提供了一种比色检测硫离子的方法，将上述基于卟啉的多孔有机聚合物、3,3',5,5'-四甲基联苯胺、H₂O₂加入至含有硫离子的待测溶液中，静置，对静置后的溶液进行肉眼观测或吸光度检测。

该实施方式的一种或多种实施例中，检测的溶液体系为醋酸和醋酸钠缓冲溶液。当检测的溶液体系pH为3.3～3.5时，检测效果更好。

本发明的第六种实施方式，提供了一种硫离子比色检测的试剂，包括上述基于卟啉的多孔有机聚合物、3,3',5,5'-四甲基联苯胺、H₂O₂。

本发明的第七种实施方式，提供了一种硫离子比色检测的试纸，包括滤纸，所述滤纸负载上述硫离子比色检测的试剂。

该实施方式的一种或多种实施例中，其制备方法为：将滤纸浸泡在含有基于卟啉的多孔有机聚合物、3,3',5,5'-四甲基联苯胺、H₂O₂的的溶液中，然后干燥。

自发现Fe₃O₄NPs具有过氧化物酶活性以来，开发了量经济有效、易于使用的纳米材料，如金属氧化物基纳米材料、金属纳米颗粒基纳米材料和碳材料基纳米酶。与天然酶相比，纳米酶对严格的环境条件有很高的耐受性，而且制造成本低。但由于实验过程中抗污染能力低，容易积累，大大降低了过氧化物酶活性和可回收性。复合材料例如Fe/CeO₂纳米棒、Si掺杂的CoO纳米棒、铁掺杂的CuSn(OH)₆微球、有机分子修饰纳米复合材料(H₂TCPP/ZnS)，能够克服这些问题，并其稳定性和过氧化物酶活性得到有效的改善。

本发明以卟啉为基础的新型多孔有机聚合物(PPOPs)作为纳米酶。由于共价连接的多孔结构，该材料往往表现出较高的热/化学/水稳定性、较大的比表面积和足够的暴露催化活性位点，这大大提高了这种材料的过氧化物酶活性和良好的回收利用性。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

(1)三(4-乙炔基苯基)胺(EPA)的合成：

(i)将CuI(28mg，0.149mmol)，PdCl₂(PPh₃)₂(166mg，0.24mmol)，三(4-溴苯) 胺(2g，4.14mmol)和三苯基膦(38mg，0.145mmol)加入到100mL的三口烧瓶中，接着将80mL的三乙胺加入该体系，且在室温下氮气鼓泡0.5h。

(ii)在氮气保护下，逐滴加入7mL三甲基硅乙炔基，然后加热至回流，反应24h。

(iii)待反应体系冷却至室温后，过滤，且滤饼用乙醚冲洗，回收的滤液经旋转蒸发仪去除溶剂后，得到粗产品三(4-三甲基硅乙炔基苯基)胺。

反应式如下：

(iv)取1.069g粗产品三(4-三甲基硅乙炔基苯基)胺,用20mL的二氯甲烷加入到体系中去溶解三(4-三甲基硅乙炔基苯基)胺，然后将含有1.658g K2CO3的甲醇溶液(200 mL)逐滴加入到体系中，且磁力搅拌22h。

(v)反应体系使用二氯甲烷萃取，回收有机相，且有机相使用无水硫酸钠除水后过滤，回收的滤液经旋转蒸发仪去除溶剂后，得到粗产物三(4-乙炔基苯基)胺。

(vi)粗产物三(4-乙炔基苯基)胺使用石油醚/二氯甲烷＝10:1(v:v)为洗脱剂，经硅胶柱提纯和旋转蒸发仪干燥后，得到淡黄色固体粉末，即目标产物(0.57g，收率：90％)。¹H-NMR(400MHz,CDCl₃),δ(ppm):3.03(3H,s),6.99(6H,d,J＝8.8Hz),7.36(6H,d,J＝8.8Hz).¹³C-NMR(100MHz,CDCl₃),δ(ppm):76.96,83.40,116.89,123.93(2C),133.36(2C),147.04。

(2)单体5,10,15,20-四(4-溴苯基)卟啉(H₂TBrPP)的合成：

(i)称取对溴苯甲醛(10mmol，1.86g)加入250mL的三口烧瓶中，然后量筒量取136mL 丙酸，加入三口烧瓶中。

(ii)加入磁子，搭建冷凝回流装置，并打开氮气阀门，通氮气，全程在氮气保护的氛围下反应，开搅拌加热，加热温度足以使得丙酸回流(温度大约为150℃)。

(iii)将重蒸后的吡咯0.7mL加入104mL丙酸中，用滴液漏斗逐滴加入(大约130min)，体系逐渐变黑，0.5h后烧瓶壁面出现紫色结晶物质，然后在反应1h。

(iv)停止加热搅拌，关闭氮气阀门，冷却至室温后，加入80mL甲醇，常温磁力搅拌1h。

(v)减压抽滤，用30mL去离子水(水加热)冲洗，然后用大量甲醇冲洗，直至冲洗下来的液滴无色。得到紫色滤饼。

(vi)然后取少量紫色滤饼，用少量氯仿溶解于250mL的单口烧瓶中，但要保证全部溶解，缓慢加入甲醇，进行重结晶2次。烧瓶底部得到亮紫色结晶颗粒，即单体5,10,15,20-四(4-溴苯基)卟啉(¹H NMR(300MHz,CDCl₃):δ(ppm)-2.87(s,2H,N-H),7.91(d,8H,J＝8.2Hz,Ar-H),8.07(d,8H,J＝8.2Hz,Ar-H),and 8.84(s,8H,pyrrole-H).MALDI-TOF MS:calcd. for C₄₄H₂₇Br₄N₄[M+H]⁺:930.785；found m/z 930.32. )。

(3)单体5,10,15,20-四(4-溴苯基)铁卟啉(FeTBrPP)的合成：

在250mL的三口烧瓶中，将H₂TBrPP(300mg,0.32mmol)溶于150mL DMF中，然后加入FeCl_3·6H₂O(60.48mg,0.37mmol)，开搅拌加热回流4h。然后减压蒸馏去除溶剂DMF，冷却至室温后，加入大量水洗涤，且过滤去除FeCl₃，直至洗液无色，此时滤饼为紫色，即单体5,10,15,20-四(4-溴苯基)铁卟啉(MALDI-TOF MS:calcd.for C₄₄H₂₆Br₄N₄Fe[M+H]⁺: 983.06；found m/z 986.32)。

实施例2

基于卟啉的多孔有机聚合物(FePPOP_EPA)的合成

将EPA(42.16mg,0.133mmol)，FeTBrPP(98.63mg,0.1mmol)，CuI(2mg,10.5μmol)和Pd(PPh₃)₂Cl₂(7mg,10.5μmol)加入到250mL的单口烧瓶中，然后将无水三乙胺(20mL) 和THF(50mL)的混合溶剂加入该体系，且在室温下通氮气保护。然后将混合液体转移至高压反应釜内，并在100℃下反应72h，待冷却至室温后，过滤，且滤饼用DMF、水、甲醇、二氯甲烷冲洗多次以除去未反应的单体，副产物和催化剂。为进一步提纯，以THF为溶剂，对滤饼索氏提取24h，然后将固体置于80℃的真空干燥箱中，干燥一夜，得到的块状固体粉末经研磨后得到蓬松的黑色粉末，即目标材料FePPOP_EPA(收率为78.1％)。通过燃烧法测得FePPOP_EPA中各元素含量分别为C,63.53％；H,3.67％；N,4.7％，与理论计算值C,81％；H,2％；N,6.66％基本相符。

FePPOP_EPA的稳定性表征：

将FePPOP_EPA分别分散于CH₃OH、CH₃CH₂OH、二氯甲烷、氯仿、丙酮、THF、DMF 等常规有机溶剂，发现均不溶解。且FePPOP_EPA在酸性和碱性溶液中仍能保持其结构稳定性。FePPOP_EPA热重分析如图1所示，结果表明FePPOP_EPA即使被加热至400℃，其质量损失也只有8.7％，这是因为FePPOP_EPA聚合物网络框架高度的交联使其拥有更高的化学稳定性和热稳定性。

红外光谱和固体核磁表征：

通过傅里叶变换红外光谱图和固体核磁碳谱图证明材料FePPOP_EPA的成功合成。从图2 可以看出，与两种单体EPA和FeTBrPP的红外光谱图相比，材料FePPOP_EPA在波数为467cm^-1 C-Br和2956cm^-1≡C-H处的吸收峰强度明显的下降以及1001cm^-1(FeTBrPP中N-Fe的平面弯曲振动峰)和2153cm^-1(C≡C特征吸收峰)的存在证明了两种单体成功的偶联。

图3为聚合物材料FePPOP_EPA的固体碳谱图，75ppm以及109ppm到159ppm这两段化学位移分别来自于FePPOP_EPA中EPA的C≡C碳原子和FeTBrPP和EPA芳环上的碳原子，进一步证明了EPA和FeTBrPP的成功聚合，即得到目标材料FePPOP_EPA。

形貌和结构表征：

通过SEM、TEM以及XRD来表征材料FePPOP_EPA的形貌和结构。如图4所示，FePPOP_EPA是由分层多孔纳米颗粒堆积而成，表现出多孔网络形态并且粗糙的表面形貌。从图4B中观察到，FePPOP_EPA球形颗粒有一定程度上的聚集，这是由FePPOP_EPA聚合物网络框架的高度交联导致，这也进一步说明了材料的多孔结构。如图5所示，FePPOP_EPA的PXRD图谱中，没有观察到强而尖锐的衍射峰且20°左右宽泛的衍射峰证明了其为无定型结构。

多孔性表征：

图6为FePPOP_EPA的氮气吸脱附曲线图，内图为孔径分布图。不同压力范围对氮气的吸附证实了FePPOP_EPA满足I型和Ⅳ型吸附等温线的组合。材料FePPOP_EPA的 Brunauer-Emmett-Teller(BET)表面积和Langmuir表面积分别为594.8和769.8m²g^-1，并通过非密度泛函理论计算得知，FePPOP_EPA的孔径主要集中在1、4、7nm处，这充分地证明了 FePPOP_EPA的多级孔结构。高BET表面积和多级孔结构为过氧化物酶模拟性能提供了丰富的活性位点，促进了反应物和产物向催化中心的可及性和扩散。

FePPOP_EPA的过氧化物酶性能：

通过将比色底物TMB氧化成氧化产物oxTMB，研究了FePPOP_EPA的过氧化物酶模拟性能。oxTMB是一种蓝色物质，最大吸收带集中在652nm。将FePPOP_EPA(200μL,1.0mg/mL)、 TMB(200μL,2mM)和H₂O₂(200μL,5mM)添加到一个NaAc/HAc缓冲液(1.4mL,pH 3.39) 中，将溶液在25℃下保存3min，然后在652nm波长测定溶液吸光度。结果如图7A所示。为了验证反应的必要组成成分，进行了一系列对照实验，包括FePPOP_EPA+TMB、H₂O₂+TMB 和单独的TMB。没有观察到明显的颜色变化。结果表明，单凭FePPOP_EPA或H₂O₂不能有效地催化TMB的氧化。与这些体系相比，FePPOP_EPA+H₂O₂在反应体系中，在652nm处有更强的吸收峰，说明FePPOP_EPA和H₂O₂在催化反应中的必要性。FePPOP_EPA+H₂O₂+TMB体系与 H₂O₂+TMB+FeTBrPP[4'-溴苯基铁卟啉单体]、H₂O₂+TMB+FePPOP-1(含N原子不丰富的卟啉基有机聚合物)体系的吸光度随时间的变化如图7B所示。对于所有的体系，652nm处的吸光度随着反应的进行而增加。而FePPOP_EPA+H₂O₂+TMB体系的响应时间明显短于其他两种体系。反应仅进行5min时，FePPOP_EPA+H₂O₂+TMB体系的吸光度较H₂O₂+TMB+FePPOP-1 (反应式如下所示)体系达到了更高的值，而H₂O₂+TMB+FeTBrPP体系的吸光度几乎没有变化。这些结果清楚地表明FePPOP_EPA对TMB的氧化具有较高的催化敏感性。其原因可能是 FePPOP_EPA固有的骨架结构和丰富的N含量所导致的多孔性、较高的表面催化活性位点和电子云密度。这有利于正电荷TMB底物通过静电相互作用与FePPOP_EPA的催化活性位点结合，加速TMB与过氧化氢分解生成的ROS之间的电子转移，进而提高催化活性。

为了研究不同参数对FePPOP_EPA过氧化物酶活性的影响，在不同的pH(1～11)和温度 (0～90℃)下进行了实验。如图8所示将HAc/NaAc(1.4mL,pH 3.39)保持在设定温度(0～90℃) 的水浴锅30分钟。然后向缓冲液中添加FePPOP_EPA(200μL,1.0mg/mL)、过氧化氢(200μL,5 mM)和TMB(200μL 0.2毫米)，保持3分钟，测定溶液吸光度。

反应动力学：

为了更好地了解FePPOP_EPA的类过氧化物酶性能，通过固定TMB浓度和改变H₂O₂浓度进行稳态动力学分析，反之亦然。催化反应的动力学测定采用紫外-可见分光光度法。反应是通过保持H₂O₂浓度(0.5mM)和改变TMB浓度来测定其米氏常数，反之，保持TMB浓度，改变过氧化氢浓度。然后，得到了一系列的初始反应速度，如图9所示。利用 Lineweaver-Burk双倒数公式来计算得到Km和Vmax，公式如下式所示：

1/v＝(K_m/V_max)×(1/[C])+1/V_maxEq. (1)

公式中，v为初速度，C为底物浓度，V_max和K_m分别为最大反应速率和米氏常数。如表1 所示，以H₂O₂为底物时，FePPOP_EPA的K_m值(1.95mM)接近于辣根过氧化物酶的K_m值(3.70mM)，而以TMB为底物时，FePPOP_EPA的K_m值为0.091mM，远低于辣根过氧化物酶的K_m值(0.43mM)。显然FePPOP_EPA对TMB的亲和力更强，这是由于FePPOP_EPA中丰富的N含量增强了TMB与FePPOP_EPA之间的静电相互作用。

表1最大反应速率和米氏常数

硫的检测：

将FePPOP_EPA(200μL,1.0mg/mL),TMB(200μL,2mM),H₂O₂(200μL,5mM)和200μL不同浓度的Na₂S溶液添加到一个NaAc/HAc缓冲液(1.4mL,pH 3.39)中，将溶液在25℃下保存3min，测定溶液吸光度。检测策略是TMB在FePPOP_EPA的辅助下被H₂O₂氧化，在溶液中产生明显的蓝色。当S^2-离子加入到溶液中时，可以抑制FePPOP_EPA的类过氧化物酶活性或同TMB 竞争与H₂O₂的反应，导致颜色褪色，吸光度下降。如图10A所示,随着S^2-离子浓度(0～40μM) 的不断增加,吸光度降低。此外，由于TMB被抑制氧化，溶液的颜色从深蓝色变为无色。图 10C所示的相应的照片显示了颜色强度的下降，表明使用基于FePPOP_EPA的生物传感器成功地实现了S^2-离子的视觉测定。此外,校准曲线的吸光度变化(ΔA,A₀-A)对应S^2-离子浓度变化如图10B所示。这里A₀和A分别代表加入S^2-离子前后TMB+FePPOP_EPA+H₂O₂混合溶液的吸光度。然后,也取得了良好的线性关系的范围0-10μM的曲线,检测的极限(LOD)S^2-离子浓度计算是0.013μM.这个值低于由世界卫生组织(WHO)制定的在饮用水(15μM)中的安全准则的限制。揭示了FePPOP_EPA作为生物传感器检测实际水样的可行性。

实际水样中硫的检测：

选取自来水和生活污水进行S^2-的测定，进行实际水样检测。实验前对污水样品进行预处理。污水样本通过0.2μm水膜去除不必要的土壤颗粒。测定处理后实际水样中S^2-的含量，实验如下:用2mL水样用NaAc/HAc缓冲液(2ml,pH 3.39)稀释。然后,FePPOP_EPA(200μL,1.0 mg/mL),TMB(200μL,2mM),H₂O₂(200μL,5mM)和200μL稀释后的实际水样添加到一个NaAc/HAc缓冲液(1.2mL,pH 3.39)中，将溶液在25℃下保存3min，然后用652nm波长的紫外-可见分光光度法进行分析。随后进行的回收率实验，以评估研究的准确性。加入不同 S^2-(5×10^-6,10×10^-6,15×10^-6M)浓度的溶液计算回收率和相对标准偏差。回收率计算公式如下：

Recovery为回收率，Detected为未加标准浓度硫离子前测得的浓度，Spiked为加入的标准浓度的硫离子浓度，Found为加入标准浓度硫离子后测得的浓度。

污水中S^2-的浓度为18.2×10^-6M，而自来水中几乎没有检测到硫离子，这也可能低于本研究的检测限。从表2中可以看出，污水和自来水样品的回收率分别为102.5％-106.0％和 94.0％-96.0％。相对标准偏差(RSDs)为1.04％～1.06％，验证了该方法在实际样品中检测硫化物离子的可靠性。

表2实际水样回收率实验结果

FePOPP_EPA的试纸条应用：

将滤纸浸泡30mLNaAc/HAc缓冲液(pH 3.39)中，其中包含TMB(3mM),过氧化氢 (50μM),FePPOP_EPA(1.0mg/mL)，它在室温下保存5分钟，随后室温下干燥10分钟。把20μL 含S^2-(10μM)的溶液滴在检测区域。该区域立即由蓝色变为白色，肉眼很容易识别，如图11 所示，说明S^2-检测试纸的可行性，并且具有快速、肉眼可见的优点。

S^2-检测机理的探究：

从两个方面对S^2-检测机理进行了研究。一是FePPOP_EPA对H₂O₂分解的催化机制，二是 FePPOP_EPA对硫化物的检测机制。纳米材料的类过氧化物酶活性来源于其催化性能，将H₂O₂分解为活性氧(ROS)，主要包括羟基自由基(·OH)、超氧阴离子(O^2-·)或单态氧(¹O₂)。通过一系列实验验证了活性氧的存在，并对FePPOP_EPA的催化机理进行了研究。首先选择TA、NBT 和DPBF作为检测·OH、O^2-·和¹O₂形成的成熟探针。

从图12A可以看出，NBT+H₂O₂+NADH体系的吸光强度随FePPOP_EPA浓度的变化几乎没有变化。DPBF+H₂O₂体系也得到了类似的结果，如图12B所示。而TA+H2O2+FePPOP_EPA体系与未加催化剂的TA+H₂O₂体系相比，其发光强度显著增强，如图12C、D所示。这些结果表明，FePPOP_EPA过氧化物酶模拟酶的性质主要来源于·OH的生成，这区别于以往一些源自电子传递的无机纳米材料的研究结果。

接下来，进一步测试活性氧的种类。图13分别实验了添加苯醌(O^2-·清除剂)、d-组氨酸 (¹O₂清除剂)和甲醇(·OH清除剂)后，TMB+H₂O₂+FePPOP_EPA体系的吸光强度的差异。图中可知，添加苯醌和d-组氨酸后TMB+H₂O₂+FePPOP_EPA体系吸光度值无明显变化，添加甲醇后吸光度值明显降低，说明·OH生成后被甲醇淬灭。从以上结果可以证明，原位生成的·OH自由基是催化反应的活性氧。

接下来，研究了FePPOP_EPA对硫化物的检测机理。为了验证FePPOP_EPA与硫化物离子之间是否发生了相互作用或化学反应，分别在加入硫化物离子前后对FePPOP_EPA进行了x射线光电子能谱(XPS)分析。加入硫离子后的FePPOP_EPA材料记为FePPOP_EPA-1，如图14A、B所示，FePPOP_EPA-1与FePPOP_EPA相比有一个额外的S2p峰。为了说明Fe和S^2-在FePPOP_EPA上的取代位点，详细分析了FePPOP_EPA和FePPOP_EPA-1的N1s、C1s、S2p和Fe2p的高分辨率XPS谱。与FePPOP_EPA相比，FePPOP_EPA-1的C1s和N1s谱几乎没有变化，见图15。而Fe²⁺-S、Fe³⁺-S、 Fe²⁺-SO₄Fe³⁺-SO₄的结合能分别为708.07、709.56、711.24和713.57eV，此外，FePPOP_EPA-1 的S2pXPS谱中还出现了159.39、161.70、164.08和168.08eV四个峰，说明FePPOPEPA与硫化物离子之间存在Fe和S相互作用，如图14C、D所示。这将抑制FePPOP_EPA的催化活性，从而显著降低TMB的氧化速率。另一方面，硫化物离子可以与TMB竞争，与H₂O₂反应。主要产物为S⁰、SO₃ ^2-、S₂O₃ ^2-和SO₄ ^2-。这种双氧水的竞争性消耗也降低了TMB向oxTMB的转化，从而进一步提高了本方法的灵敏度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于卟啉的多孔有机聚合物，其特征是，包含如下化学结构：

所述基于卟啉的多孔有机聚合物的分子量为3000～4000。

2.一种权利要求1所述的基于卟啉的多孔有机聚合物的制备方法，其特征是，三(4-乙炔基苯基)胺与5,10,15,20-四(4-溴苯基)铁卟啉在催化剂作用下进行Sonogashira偶联反应获得，所述催化剂为一价铜盐和二价钯盐。

3.如权利要求2所述的基于卟啉的多孔有机聚合物的制备方法，其特征是，Sonogashira偶联反应的溶剂体系为三乙胺与四氢呋喃；

或，Sonogashira偶联反应的反应条件为：在惰性气氛下，在高压反应釜内，加热至95～105℃进行反应。

4.一种权利要求1所述的基于卟啉的多孔有机聚合物作为过氧化物酶的应用。

5.一种权利要求1所述的基于卟啉的多孔有机聚合物在在硫离子比色检测中的应用。

6.一种比色检测硫离子的方法，其特征是，将权利要求1所述的基于卟啉的多孔有机聚合物、3,3',5,5'-四甲基联苯胺、H₂O₂加入至含有硫离子的待测溶液中，静置，对静置后的溶液进行肉眼观测或吸光度检测。

7.如权利要求6所述的比色检测硫离子的方法，其特征是，检测的溶液体系为醋酸和醋酸钠缓冲溶液；优选的，检测的溶液体系pH为3.3～3.5。

8.一种硫离子比色检测的试剂，其特征是，包括权利要求1所述的基于卟啉的多孔有机聚合物、3,3',5,5'-四甲基联苯胺、H₂O₂。

9.一种硫离子比色检测的试纸，其特征是，包括滤纸，所述滤纸负载权利要求8所述的硫离子比色检测的试剂。

10.如权利要求9所述的硫离子比色检测的试纸，其特征是，将滤纸浸泡在含有基于卟啉的多孔有机聚合物、3,3',5,5'-四甲基联苯胺、H₂O₂的的溶液中，然后干燥。