CN113155798A - 羟基芘作为pH荧光探针的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于分析检测技术领域，具体涉及羟基芘作为pH荧光探针的应用，本发明经研究发现，在8.0到10.21的pH范围内，羟基芘具有比率特性荧光响应信号，可以识别弱碱环境的pH值，可作为pH荧光探针用于准确测定碱性溶液中的pH；本发明不仅提供了羟基芘的新用途，而且开发了一种对碱性具有响应作用且可以在碱性环境中进行检测的荧光探针，弥补了传统荧光探针大多只在酸性环境下具有检测作用的不足。

Description

羟基芘作为pH荧光探针的应用
技术领域
本发明属于分析检测技术领域，具体涉及羟基芘作为pH荧光探针的应用。
背景技术
pH值是十分重要的化学参数之一，在化学反应、食品生产、废水处理、临床分析、生物技术过程、环境保护和生命科学等领域都发挥着关键的作用。pH值的异常会导致化学反应的失败、食品和环境污染等一系列问题。此外，细胞内和细胞外的pH也是至关重要的生理参数。细胞内的pH在细胞生长、代谢、离子运输，信号传导、酶活性、肌肉收缩等生理过程中起着关键的作用，大量的生化活动均需要精准调控细胞的pH值，pH的任何异常变化都会影响到细胞的功能，并可以反映一些病理生理学问题。例如，在癌症、囊性纤维化、中风、阿尔茨海默病、帕金森病和其他疾病的发病过程中，都会出现pH值的变化。因此，准确测量生理pH值对于更好地了解生物系统的生理和病理过程是非常必要和重要的。
对于神经系统，pH值通过间隙连接和信号通路的变化影响突触传递、细胞间耦合以及神经元兴奋性等神经系统的活动。一旦pH值变化不在正常范围内则会出现细胞功能、生长和分裂的不正常，还会引发组织损伤和器官病变，甚至会进一步引发如阿尔茨海默综合症和癌症等疾病。
在正常的生理条件下，细胞中的pH可划分为两个范围，即酸性细胞器(内涵体、溶酶体)的pH范围为4.5-6.0，细胞质为6.8-7.4。而在细胞外液中pH＝7.4的区域，通常会有0.1～0.2个pH单位的变化幅度。在人体中，若要使细胞活性达到最强，并使器官的运行达到最佳的状态，最适合的pH值通常在7.35-7.45之间，呈弱碱性。若人体内的pH值超出上述正常范围，则会引发心、肺病变或神经病变等，甚至还会威胁到生命安全。可见，在化学、医学以及生物学研究中，对pH的精确测量具有非常重要的意义。
然而，传统的荧光探针大多只在酸性环境下具有检测作用，因此，研发出对碱性具有响应作用且可以在碱性环境中进行检测的荧光探针是尤为重要的。
1-羟基芘(本发明简称羟基芘)是一种重要的化工中间体，具化学结构式如(Ⅰ)所示：
Figure BDA0003033123820000021
当前，羟基芘在新材料领域如COPNA树脂材料，新型OLED发光材料，有机太阳能电池等方面有着重要的应用。同时，羟基芘也是一种普遍存在的多环芳烃代谢产物，大量实验表明：羟基芘的浓度与人体接触多环芳烃剂量之间有着明显的剂量-效应关系，因此，羟基芘也可作为多环芳烃暴露的生物标志物来综合评价人体对多环芳烃的内暴露情况和风险程度。但羟基芘作为pH荧光探针的用途目前尚未有报道。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了羟基芘作为pH荧光探针的应用，本发明经研究发现，羟基芘对氢氧根离子表现出荧光响应信号，可用于测量碱性溶液的pH。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明的首要目的是提供羟基芘作为pH荧光探针的应用。
本发明的第二个目的是提供羟基芘作为pH荧光探针在检测碱性溶液pH值中的应用。
优选地，所述碱性溶液pH值范围为8.0-10.21。
本发明经研究发现，羟基芘对氢氧根离子表现出荧光响应信号：在pH值从8.0到10.21的范围内，当激发波长为350nm时，随着pH值的增大，羟基芘的荧光光谱表现出强烈的比率特性(即羟基芘具有比率型荧光特性)，可作为pH荧光探针用于准确测定碱性溶液中的pH值。
本发明的第三个目的是提供一种碱性环境pH的荧光检测方法，该方法包括以下步骤：
S1、在8.0-10.21的pH范围内，加入羟基芘制备一系列不同pH值的标准溶液，在350nm激发波长下测定各标准溶液的荧光发射峰强度，并用394nm处的荧光发射峰强度与456nm处的荧光发射峰强度的比值对pH作图，获得羟基芘荧光检测pH的标准曲线；
S2、将羟基芘加入待测溶液中，配置成相同羟基芘浓度的待测溶液，在350nm激发波长下测定溶液的发射峰强度，并获取其在394nm处的荧光发射峰强度与456nm处的荧光发射峰强度的比值，然后根据步骤S1的标准曲线，确定待测溶液的pH值。
优选地，所述羟基芘的浓度为20.0μM。
优选地，所述标准溶液采用缓冲溶液，所述缓冲溶液包括柠檬酸/磷酸氢二钠缓冲溶液、硼砂/硼酸缓冲溶液和碳酸钠/碳酸氢钠缓冲溶液。
本发明的第四个目的是提供一种碱性环境pH的试纸条检测方法，该方法包括以下步骤：
S1、将羟基芘溶液均匀地浸敷在剪裁好的滤纸上制作成试纸条，然后将试纸条浸入pH为8.0-10.21的系列碱性溶液中，根据试纸的颜色变化制作标准荧光卡片；
S2、将试纸条浸入待测溶液中，根据步骤S1的标准荧光卡片得到待测液中的pH值。
优选地，所述羟基芘溶液中，羟基芘的浓度为5.0mM。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明经研究发现，在8.0到10.21的pH范围内，羟基芘具有比率特性荧光响应信号，可以识别弱碱环境的pH值，可作为pH荧光探针用于准确测定碱性溶液中的pH；本发明不仅提供了羟基芘的新用途，而且开发了一种对碱性具有响应作用且可以在碱性环境中进行检测的荧光探针，弥补了传统荧光探针大多只在酸性环境下具有检测作用的不足。
附图说明
图1为不同pH值(3.26-12.16)下羟基芘(浓度为20.0μmol/L)的荧光光谱图(激发波长为350nm)；
图2为羟基芘(浓度为20.0μmol/L)荧光峰强度比值随pH值变化的标准曲线；
图3为在10.01，7.18的pH条件下由羟基芘制作得到的标准荧光卡片；
图4为实施例4中未知碱性水溶液的荧光颜色试纸。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到的。
实施例1羟基芘荧光检测pH的标准曲线
分别配置羟基芘浓度为20.0μmol/L且pH为3.26-10.21(3.26、4.44、6.61、7.14、8.02、8.13、8.29、8.49、8.58、8.72、8.78、8.90、9.21、9.35、9.50、9.75、9.85、10.21)的缓冲溶液(柠檬酸/磷酸氢二钠、硼砂/硼酸、碳酸钠/碳酸氢钠三种缓冲体系，各缓冲体系中缓冲物质的浓度为3.0mM)，并配制pH为10.21-12.16(12.13)的氢氧化钠水溶液，羟基芘的浓度为20.0μmol/L。荧光光谱在日本日立FL-4600型荧光分光光度计上记录，激发和检测狭缝宽度均为5nm，采用350nm作为激发波长，测定各个不同pH值溶液的荧光光谱，实验结果如图1所示。
由图1可见，用350nm波长激发时，其对氢氧根离子的响应表现为荧光比率型信号，在8.0-10.21的范围内，随着pH值的升高，荧光强度呈现比率特性(即394nm和456nm处的荧光峰强度一个上升，一个下降)。根据荧光强度与pH的关系，用Henderson-Hasselbach-type方程:pKa＝pH+log[(Fmax-F)/(F-Fmin)]计算出此探针的碱度系数pKa为8.88，其中Fmax、F和Fmin分别指最大荧光强度、不同pH的荧光强度和最小荧光强度。由此可见，根据pH与荧光强度的定量关系，羟基芘可作为荧光探针用于碱性体系pH的测定。
实施例2羟基芘探针对pH的荧光检测
为考察羟基芘探针的实际检测性能，按照实施例1的方法配制不同pH值的羟基芘溶液，采用350nm作为激发波长，检测其荧光光谱，并且针对每个pH值下的羟基芘溶液用394nm处的荧光发射峰强度(I)与456nm处的荧光发射峰强度(I)的比值对pH作图，获得羟基芘荧光检测pH的标准曲线，如图2所示。
然后取一种pH在8.0-10.21之间的未知碱性水溶液，配置成20.0μmol/L的羟基芘探针溶液，并检测其荧光光谱，得到其394nm与456nm处的荧光发射峰强度的比值为4.1，按照图2的标准曲线得到该碱性溶液的pH为8.39。而同时通过pH计测量得到该溶液的pH为8.47，标准差在1％以内，这显示了羟基芘探针具有很好的实际应用性能。
实施例3附着羟基芘探针的pH荧光试纸的制备
为进一步研究探针羟基芘在pH检测中的实际应用，对羟基芘探针进行pH试纸实验。具体为：将剪好的滤纸条分别浸入浓度为5.0mM的羟基芘探针甲醇溶液中，约1min后滤纸条充分浸湿，然后将此浸涂好的滤纸条置于空气中自然干燥，获得附着了羟基芘探针的pH荧光试纸条；将上述试纸浸入已知碱度(10.1和8.0)的水溶液中，拍摄记录试纸颜色变化并排列制作出标准荧光卡片，如图3所示。
实施例4附着羟基芘探针的pH荧光试纸的应用
将实施例3中获得的附着了羟基芘探针的pH荧光试纸条，浸泡在一种pH在8.0-10.21之间的未知碱性的水溶液中10min后，取出并在365nm紫外光照射下获得其荧光照片，如图4所示，与实施例3中制作的标准荧光卡片对照发现，荧光颜色更接近pH为10.1试纸条的荧光颜色，确定待测液的pH值接近10.1，而同时通过pH计测量得到该溶液的pH为10.0，说明此探针所制作的简易试纸可以用于方便快速地对碱性pH进行检测。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.羟基芘作为pH荧光探针的应用。
2.羟基芘作为pH荧光探针在检测碱性溶液pH值中的应用。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述碱性溶液pH值范围为8.0-10.21。
4.一种碱性环境pH的荧光检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在8.0-10.21的pH范围内，加入羟基芘制备一系列不同pH值的标准溶液，在350nm激发波长下测定各标准溶液的荧光发射峰强度，并用394nm处的荧光发射峰强度与456nm处的荧光发射峰强度的比值对pH作图，获得羟基芘荧光检测pH的标准曲线；
S2、将羟基芘加入待测溶液中，配置成相同羟基芘浓度的待测溶液，在350nm激发波长下测定溶液的发射峰强度，并获取其在394nm处的荧光发射峰强度与456nm处的荧光发射峰强度的比值，然后根据步骤S1的标准曲线，确定待测溶液的pH值。
5.根据权利要求4所述的一种碱性环境pH的荧光检测方法，其特征在于，所述羟基芘的浓度为20.0μmol/L。
6.根据权利要求4所述的一种碱性环境pH的荧光检测方法，其特征在于，所述标准溶液采用缓冲溶液，所述缓冲溶液包括柠檬酸/磷酸氢二钠缓冲溶液、硼砂/硼酸缓冲溶液和碳酸钠/碳酸氢钠缓冲溶液。
7.一种碱性环境pH的试纸条检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将羟基芘溶液均匀地浸敷在剪裁好的滤纸上制作成试纸条，然后将试纸条浸入pH为8.0-10.21的系列碱性溶液中，根据试纸的颜色变化制作标准荧光卡片；
S2、将试纸条浸入待测溶液中，根据步骤S1的标准荧光卡片得到待测液中的pH值。
8.根据权利要求7所述的一种碱性环境pH的试纸条检测方法，其特征在于，所述羟基芘溶液中，羟基芘的浓度为5.0mM。
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