CN111896507A - 一种利用罗丹明类化合物在水溶液中特异性检测银离子的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属离子检测的荧光探针领域，具体涉及一种非常经济的溶液中Ag+的检测的方法。该方法是以市售的分析级别罗丹明6G作为“双匙单锁”荧光探针，在光源功率为20 W的395 nm紫外灯的辅助照射作用下在水溶液中选择性检测Ag+的新方法。具体是室温下，在Ag+溶液中加入罗丹明6G，经光源功率为20 W的395 nm紫外灯照射3 min后，罗丹明6G的荧光猝灭效率达99%。相同条件下，未经紫外光照射的溶液则不会发生荧光猝灭。本方法原料廉价易得、检测方法易于操作、检测过程中无需使用有机溶剂，而且检测效率高、选择性好、抗干扰能力强、pH适应性好。
Description
技术领域
本发明属于金属离子检测的荧光探针领域，具体涉及一种非常经济的溶液中Ag+的检测的方法。
背景技术
随着医疗水平的提高，人们发现重金属离子对人体的伤害很大。传统检测方法如容量分析法，ICP-MS，原子吸收法等，因为检测成本高，操作繁琐而受到很大的限制，所以荧光检测法便应运而生。目前已经有检测Fe3+、Cu2+、Cr3+、Hg2+、Al3+ 等化学传感器被合成且应用。银（Ag）和含银化合物因其独特的物理和化学特性而被广泛用于照相，电子，制药和成像行业。因此，随着工业和经济的快速发展，越来越多的Ag+ 被排放到生态系统中.虽然少量的Ag+具有杀菌作用，但是大量的银残留物会导致水体、土壤等环境污染，最终对人体造成伤害。因此迫切需要建立一种方便快捷、灵敏且选择专一和适应性强的方法来检测银离子。
发明内容
近些年，已经有大量关于荧光探针的报道，研究者们设计合成了许多Ag+荧光探针，但是这些荧光探针在Ag+检测方面普遍存在一些问题：一是荧光探针的合成制备复杂，大多数需要经历多步有机合成步骤才能制备出所需的荧光探针化合物，需要消耗大量的试剂和溶剂，而且部分试剂的价格很高昂；二是大多数荧光探针的水溶性比较差，在测试过程中需要加入有机溶剂以帮助其溶解；三是大多数荧光探针的检测原理都是基于Ag+与荧光探针之间的配位作用，所以选择性和抗干扰能力较差，容易受到溶液中其它金属离子的干扰；四是许多荧光探针的pH适应性差，其对Ag+的荧光响应容易受到溶液pH的影响，溶液pH过低或过高时不能用于Ag+的检测；五是许多荧光探针的荧光发射波长较短，在实际检测过程中容易受到背景荧光的干扰。通常Ag+离子探针是“单匙单锁”检测策略，即银离子与荧光探针中电子给体基团中氮原子或氧原子形成络合物抑制荧光团和电子给体之间发生光致电子转移反应，使得荧光团恢复荧光建立增强型荧光探针体系；Ag+离子与配体的π电子活跃地相互作用，将荧光探针-C=N中孤对电子提供给Ag+离子使荧光强度下降建立猝灭型荧光探针体系。在荧光检测领域，最近提出了一种“双匙单锁”荧光检测的理念，即利用多种限制条件特异性检测目标物，以提高对目标分析物的选择性。遗憾的是，目前鲜有报道关于“双匙单锁”检测Ag+离子的文献，因此设计制备检测Ag+离子的“双匙单锁”荧光探针具有重要的意义。
本发明属于金属离子检测的荧光探针领域，具体涉及一种非常经济的溶液中Ag+的检测的方法。该方法是以市售的分析级别罗丹明6G作为“双匙单锁”荧光探针，在光源功率为20 W的395 nm紫外灯的辅助照射作用下在水溶液中选择性检测Ag+的新方法，该方法克服了现有银离子荧光探针合成过程复杂、选择性低、步骤繁琐、适应性差、所用试剂昂贵等缺点。具体是室温下，在Ag+溶液中加入罗丹明6G，经光源功率为20 W的395 nm紫外灯照射3 min后，罗丹明6G的荧光猝灭效率达99 %。相同条件下，未经紫外光照射的溶液则不会发生荧光猝灭。本方法原料廉价易得、检测方法易于操作、检测过程中无需使用有机溶剂，而且检测效率高、选择性好、抗干扰能力强、pH适应性好。
本发明提供一种以市售分析级罗丹明6G作为“双匙单锁”银离子荧光探针，在光源功率为20 W的395 nm紫外灯的辅助照射作用下罗丹明6G可以作为银离子荧光探针在pH值为1-11的水溶液中检测银离子，对溶液中的Ag+进行特异性检测，所述方法中罗丹明6G化合物结构如下：
（1）
本发明以罗丹明6G荧光染料作为荧光探针，研究其在紫外光辅助作用下对Ag+的检测性能。Ag+水溶液中加入罗丹明6G溶液后，在用光源功率为20 W的395 nm紫外光辅助照射的过程中，每隔1 min用荧光光谱仪测定其荧光光谱的变化，发现在紫外光照射2 min后溶液的荧光猝灭程度不在发生变化，因此在光辅助作用下以罗丹明6G作为Ag+荧光探针时选择紫外光照射5 min，以避免光照程度对检测过程的影响。
在395 nm紫外光（20 W便携式紫外灯）辅助照射下，市售罗丹明6G化合物作为银离子荧光探针在水溶液中检测Ag+，是一种新型的“双匙单锁”银离子检测方法，主要表现在不用395 nm紫外光辅助照射时罗丹明6G对溶液中的Ag+不响应，在395 nm紫外光辅助照射下，罗丹明6G对溶液中的Ag+呈现出“开-关”型荧光响应。因为是“双匙单锁”的检测方法，该方法在Ag+检测过程具有很好的选择性和抗干扰能力，表现在在395 nm紫外光的辅助照射下，各种金属离子（Al3+, Ca2+, Cr3+, Cr2O4 2-, Cu2+, Fe3+, K+, Li+, Mn2+, Na+, Ni+, Zn2+）中，只有Ag+能够引起罗丹明6G的荧光发射变化，且这些金属离子与Ag+在溶液中共存时，不会干扰罗丹明6G对Ag+的荧光响应。同时，该检测方法具有非常好的适应性，在pH=1-11范围内，罗丹明6G都可以在395 nm紫外光辅助照射下响应溶液中的Ag+，且由于溶液pH不同所导致的荧光响应上的差异很小。光辅助罗丹明6G依旧能准确检测到体系中的Ag+。
具体步骤如下：
首先将硝酸银粉末和罗丹明6G粉末分别溶于水溶液中配置Ag+和荧光探针罗丹明6G的储备液，室温下放置在黑暗处保存；然后取Ag+储备液稀释到测试浓度，取2 mL 加入到4 ml荧光石英比色皿中，加入罗丹明6G溶液后，在光源功率为20 W的395 nm紫外光源的照射下，每隔1 min通过荧光光谱仪测定荧光光谱或荧光强度；
罗丹明6G溶液的浓度为0.46 g/L；硝酸银溶液的浓度为1.7 g/L。
该检测方法具有非常宽的pH适应范围，在pH=1-11的水溶液中，Ag+所引起的罗丹明6G的荧光变化几乎不受溶液pH的影响。
此外，本申请还在硝酸银溶液中加入相同浓度的（Al3+, Ca2+, Cr3+, Cr2O4 2-, Cu2 +, Fe3+, K+, Li+, Mn2+, Na+, Ni+, Zn2+），然后加入罗丹明6G溶液并在光源功率为20 W的395 nm紫外光源的照射5 min，通过荧光光谱仪测定荧光光谱或荧光强度，说明罗丹明6G用于检测银离子时具有良好的抗干扰能力。
本申请还在pH=7 的水中加入硝酸银溶液和罗丹明6G溶液，在无紫外光源辅助照射的情况下，通过荧光光谱仪测定荧光光谱或荧光强度，未进行光照时，硝酸银与罗丹明6G所成溶液较为稳定。
通过以下步骤实现：
(1)在棕色样品瓶中，将市售的分析纯化学品硝酸银0.0170 g和罗丹明6G 0.0048 g分别溶于10 ml水中，作为储备溶液避光储存。
(2)取罗丹明6G储备液10 μL溶解在10 ml水中，随后向各样品瓶中加入40 μL硝酸银储备液；
(3)取上述溶液3 ml加入到石英荧光比色皿中（10 mm×10 mm×4 0 mm），光源功率为20 W的395 nm紫外灯照射下，每隔1 min测定溶液的荧光谱或561 nm处的荧光强度。
本发明的有益效果为：
在本发明中，我们发现罗丹明类染料在光源功率为20 W的395 nm紫外灯辅助照射作用下可以作为高效的Ag+荧光探针用于溶液中Ag+的检测，其中，罗丹明6G作为“双匙单锁”荧光探针用于Ag+检测时，具有成本低廉（直接选用市售的分析纯罗丹明6G化学品）、选择性好（在各种金属离子中只有Ag+在紫外光辅助照射下能引起罗丹明6G荧光发射的变化）、抗干扰能力强（各种共存金属离子几乎不影响罗丹明6G对的Ag+响应）、pH适应性好（在pH=1-11的水溶液中罗丹明6G对的Ag+荧光响应几乎无差异）、溶解性好（荧光探针罗丹明6G的水溶性很好）和背景荧光干扰小（罗丹明6G的发射波长较长）的优越性。
附图说明
图1为不同光照时间后溶液的荧光光谱图。
图2为去除紫外光源后每隔1 min测得的荧光谱图。
图3a为荧光探针对不同浓度Ag+的猝灭效率测试结果，其中0-50分别对应0-50 μL硝酸银溶液对应实验组的荧光强度随时间变化关系；图3b为荧光探针在pH=4和7缓冲溶液中对不同浓度Ag+ 猝灭效率的线性关系图。
图4为不同pH下光照与不光照猝灭效率测试结果，图4a为光照条件下的测试，图4b为不光照的测试结果。其中，以上所有的实验条件均在20 W, 395 nm 3 min紫外光照下进行的。
图5为体系中不加银离子和不加氯离子的猝灭效率测试结果，图5a体系不含银离子，图5b体系不含氯离子。
图6经过20 W, 395 nm 3 min紫外光照下，含有其他金属离子干扰时体系荧光强度随时间变化关系。
图7不同溶液中荧光强度随时间变化。a）香豆素、b）荧光素、c）罗丹明B。
图8不同水质测试结果。
具体实施方式
实施例1响应时间实验
(1)配制浓度为0.46 g/L的罗丹明6G、0.48 g/L的罗丹明B、0.17 g/L香豆素、0.33 g/L荧光素和储备溶液1.7 g/L的硝酸银储备溶液，将配好的溶液置于暗处。
(2)取50 μL配置好的硝酸银储备溶液和10 μL罗丹明6G储备溶液加入到10 ml水中，取上述溶液3 ml加入到荧光比色皿中，光源功率为20 W的395 nm紫外灯照射下，每隔1min测定溶液的荧光光谱。
(3) 如图1所示，不同光照时间后溶液的荧光光谱图。
实施例2不光照荧光猝灭实验
实施例1中的相同条件下，不在395 nm紫外光源照射下，每隔1 min测荧光谱图，如图2所示。
实施例3 荧光探针对不同浓度Ag+的猝灭效率
(1)将实施例1中取0-50 μL配置好的硝酸银溶液和50 μL氯化钠储备液加入到10 μL罗丹明6G 的储备液中，在20 W, 395 nm 紫外光照射下每隔1 min测量其561 nm处荧光强度，如图3a所示。
(2)将实施例1中取0-50 μL配置好的硝酸银溶液和50 μL氯化钠储备液加入到10μL罗丹明6G 的储备液中，在pH=4和7缓冲溶液体系中通过20 W, 395 nm 紫外光照射下每隔1 min测量其561 nm处荧光强度，不同浓度银离子和荧光强度线性关系如图3b所示。
实施例4 不同pH光照和不同pH不光照
(1)如图4a所示，取10 μL实施例1中的罗丹明6G储备液、50 μL硝酸银储备液和50 μL氯化钠储备液分别溶于pH=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12去离子水溶液中，在20 W, 395 nm紫外光照下每隔1 min测量其荧光强度；
(2)重复上述相同条件，不在紫外光源下监测荧光曲线的变化，如图 4b所示。
实施例5 不加银离子和不加氯离子
(1)如图5所示，取10 μL实施例1中的罗丹明6G储备液和50 μL氯化钠储备液溶于pH=7去离子水溶液中。在20 W, 395 nm紫外光照每隔1 min测量其荧光强度，如图5a 所示。
(2)取10 μL实施例1中的罗丹明6G储备液和50 μL硝酸银储备液溶于pH=7去离子水溶液中，在20 W, 395 nm紫外光照每隔1 min测量其荧光强度，如图5b所示。
实施例6抗干扰实验
(1)取10 μL实施例1中的罗丹明6G储备液、50 μL硝酸银储备液和50 μL氯化钠储备液分别溶于pH=7去离子水溶液中。
(2)再向溶液体系中加入50 μL Al3+, Ca2+, Cr3+, Cr2O4 2-, Cu2+, Fe3+, K+, Li+,Mn2+, Na+, Ni+, Zn2+储备液，在20 W, 395 nm紫外光照每隔1 min测量其荧光强度变化，如图6所示。
实施例7普适性实验
取10 μL实施例1中的罗丹明B、香豆素、荧光素、50 μL硝酸银和50 μL氯化钠储备液分别溶于pH=7去离子水溶液中，在20 W, 395 nm紫外光照每隔1 min测量其荧光强度变化，如图7所示。
实施例8应用实验
取10 μL实施例1中的罗丹明6G、50 μL硝酸银和50 μL氯化钠储备液分别溶于白开水、去离子水、未央湖水、科大湖水、浐灞河水、反渗透水溶液中，在20 W, 395 nm紫外光照每隔1 min测量其荧光强度变化，并以3 min各实际样品水溶液的荧光强度做柱状图，其结果 如图8所示。
Claims (7)
1.一种利用罗丹明类化合物在水溶液中特异性检测银离子的应用，其特征在于，该化合物的结构中含有如下母核结构：
（1）。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：
令待检测物与具有式（1）母核结构的化合物混合于适量的水中形成溶液，置于紫外光照射下进行光照，根据测得的荧光光谱或荧光强度随时间变化关系判断待检测物溶于水后是否含有银离子、或者所配溶液中银离子的浓度。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，将具有标准银离子含量的化合物与具有式（1）母核结构的化合物混合于适量的水中形成溶液，置于紫外光照射下进行光照，根据测得的荧光光谱或荧光强度随时间变化关系建立标准曲线；通过比较含待检测物的溶液的荧光强度随时间变化关系与标准曲线的异同，判断待检测物溶于水后是否含有银离子、或者所配溶液中银离子的浓度。
4.如权利要求2或3所述的应用，其特征在于，所述紫外光照射采用395 nm的紫外光。
5.如权利要求2或3所述的应用，其特征在于，所配置的用于在紫外光照射条件下检测的溶液的pH≤11。
6.如权利要求2或3所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：
将待检测物溶液或银离子溶液加入到荧光石英比色皿中，再加入罗丹明6G溶液，在光源功率为20 W的395 nm紫外光源的照射下，每隔1 min通过荧光光谱仪测定荧光光谱或荧光强度。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，在棕色样品瓶中，将硝酸银0.0170 g和罗丹明6G 0.0048 g分别溶于10 ml水中，得到所述银离子溶液和所述罗丹明6G溶液；当建立标准曲线时，取罗丹明6G溶液10 μL溶解在10 ml水中，随后加入40 μL硝酸银溶液；在光源功率为20 W的395 nm紫外光源的照射下，每隔1 min通过荧光光谱仪测定荧光光谱或荧光强度。
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