CN113200890B - 一种基于二氨基马来腈的检测次氯酸根离子的水溶性荧光探针zy16及制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于二氨基马来腈的检测次氯酸根离子的水溶性荧光探针ZY16，其特征在于其分子式为C11H7N4O4SNa，结构式如下：
Figure DDA0003073625510000011
它可通过5‑磺酸钠水杨醛和二氨基马来腈按照一定的比例反应得到。本发明的水溶性荧光探针ZY16合成简便，对次氯酸根离子响应时间短(2分钟)，选择性好，灵敏度高，抗干扰能力强，其对汞离子的最低检测限为87.2nmol/L。探针ZY16可检测不同水体样品中次氯酸根离子的含量，在环境监测领域将具有良好的应用前景。

Description

一种基于二氨基马来腈的检测次氯酸根离子的水溶性荧光探 针ZY16及制备方法和应用
【技术领域】
本发明属于有机小分子荧光探针及其制备和应用领域，具体涉及一种基于二氨基马来腈的检测次氯酸根离子的水溶性荧光探针及制备方法和应用。
【背景技术】
次氯酸(HClO)是一种弱酸性的活性氧物质，仅存在于溶液中，有较强的氧化性和漂白作用，它的盐类可用作消毒剂和漂白剂。在髓过氧化物酶(MPO)催化下，体内的HClO/ClO-可由H2O2和Cl-反应产生。体内正常含量的HClO/ClO-能够渗入到病毒体与细菌体内，与蛋白质、核酸等发生氧化反应，进而杀死病原微生物。同时，在免疫系统中它还能起到防御疾病的作用。然而，过量的HClO/ClO-将引起氧化过激甚至氧化性细胞损伤，进而导致各种生理疾病，包括白血病、肿瘤、心血管疾病、动脉粥样硬化、肾脏疾病和肝硬化等。因此，开发一种可靠、有效的方法用于检测次氯酸根离子浓度的变化具有重要的研究意义。
目前，可用于选择性检测次氯酸根离子的方法有多种，如电子自旋共振法、比色法、电位分析法、化学发光法、库仑滴定法和极谱法等。这些方法需要复杂的仪器，操作步骤复杂，耗时，且不能实时原位监测次氯酸根离子的含量，因而在其实际应用中受到了很大的限制。在众多方法中，小分子有机荧光探针法由于其灵敏度高、选择性好、操作简单、响应时间快等优点而被广泛用于次氯酸根离子的检测。
迄今为止，已报道了许多能够专一性识别次氯酸根离子的荧光探针。然而，用于次氯酸根离子检测的荧光探针仍存在合成复杂、纯化困难、响应时间长和水溶性差等缺点，这大大地限制了其应用。因此，研制合成简单、高性能的可用于次氯酸根离子检测的荧光探针是本领域技术人员亟待解决的难题。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有技术的上述缺陷，提供一种选择性好、灵敏度高、使用方便、抗干扰能力强、水溶性好、响应快的基于二氨基马来腈的检测次氯酸根离子的水溶性荧光探针ZY16及制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于二氨基马来腈的检测次氯酸根离子的水溶性荧光探针ZY16，其特征在于其分子式为C11H7N4O4SNa，结构式如下：
Figure BDA0003073625490000021
本发明还提供了所述探针ZY16的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将5-磺酸钠水杨醛和二氨基马来腈溶于无水乙醇中，然后加热回流反应，反应液冷却至室温后，抽滤，用乙醇洗涤滤饼，干燥即可得到产品即所述探针ZY16。
优选地，所述5-磺酸钠水杨醛和二氨基马来腈的摩尔比为1:1～1:3，所述回流反应温度为70～90℃，反应时间为2～6小时。
所述探针ZY16的合成路线如下：
Figure BDA0003073625490000031
本发明还提供了所述探针ZY16在ClO-检测中的应用。
优选地，所述应用为检测水体中次氯酸根离子的含量。
优选地，所述检测为荧光强度检测。
本发明的有益效果是：
1.本发明提供的探针ZY16本身几乎没有荧光，它被HOCl氧化后导致荧光信号迅速增强，同时探针荧光颜色由无色变为蓝色，可实现ClO-的特异性识别。另外，探针ZY16对ClO-响应速度快，抗干扰能力强，选择性和灵敏度高，对ClO-的最低检测限为87.2nmol/L。
2.探针ZY16对ClO-的检测过程快捷方便，无需大型检测仪器，能实现ClO-的可视化检测，它可应用于检测实际水体中ClO-的含量，在水环境监测领域将具有重要的应用价值。
3.探针ZY16合成简便，水溶性和稳定性好，可长期保存使用。
【附图说明】
图1为实施例1中探针ZY16的核磁共振氢谱图；
图2为实施例1中探针ZY16的核磁共振碳谱图；
图3为实施例1中探针ZY16的红外光谱图；
图4为实施例4中各种离子分别加入到探针ZY16后的荧光光谱图；
图5为实施例4中探针ZY16荧光强度与ClO-浓度的线性关系图；
图6实施例5中不同金属离子干扰探针ZY16识别ClO-的的荧光数据图；
图7为实施例6中探针ZY16与ClO-作用后荧光随时间的变化图；
图8为实施例6中探针ZY16在加入ClO-2分钟前(左)后(右)的荧光颜色变化图(365nm紫外灯照射)。
【具体实施方式】
现结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1探针ZY16的合成
将0.45g(2mmol)5-磺酸钠水杨醛和0.22g(2mmol)二氨基马来腈溶于20mL无水乙醇，然后加热到80℃回流4h。反应液冷却至室温后，抽滤，用5mL乙醇洗涤滤饼，得浅黄色固体，干燥即得到产品0.41g，收率65％。IR(KBr),υ/cm-1：3462(m,N-H),3347(s,Ar-OH),2246(w,-CN),1628,1368(s,Ar-H),1214(s,C-N),1048(m,-SO3Na)。1HNMR(300MHz,DMSO-d6,ppm):δ10.63(s,1H),8.61(s,1H),8.15(d,1H J＝1.5Hz),7.89(d,2H),7.59-6.87(m,2H)。13CNMR(300MHz,DMSO-d6,ppm):158.70,154.04,140.61,131.32,126.58,126.51,120.31,115.92,115.06,114.60,104.05。核磁氢谱、碳谱和红外光谱见图1、图2和图3。
实施例2探针ZY16的合成
将0.45g(2mmol)5-磺酸钠水杨醛和0.66g(6mmol)二氨基马来腈溶于20mL无水乙醇，然后加热到70℃回流6小时。反应液冷却至室温后，抽滤，用5mL乙醇洗涤滤饼，得浅黄色固体，干燥即得到产品0.45g，收率72％。IR(KBr),υ/cm-1：3462(m,N-H),3347(s,Ar-OH),2246(w,-CN),1628,1368(s,Ar-H),1214(s,C-N),1048(m,-SO3Na)。1HNMR(300MHz,DMSO-d6,ppm):δ10.63(s,1H),8.61(s,1H),8.15(d,1H J＝1.5Hz),7.89(d,2H),7.59-6.87(m,2H)。13CNMR(300MHz,DMSO-d6,ppm):158.70,154.04,140.61,131.32,126.58,126.51,120.31,115.92,115.06,114.60,104.05。
实施例3探针ZY16的合成
将0.45g(2mmol)5-磺酸钠水杨醛和0.44g(4mmol)二氨基马来腈溶于20mL无水乙醇，然后加热到90℃回流2h。反应液冷却至室温后，抽滤，用5mL乙醇洗涤滤饼，得浅黄色固体，干燥即得到产品0.43g，收率68％。IR(KBr),υ/cm-1：3462(m,N-H),3347(s,Ar-OH),2246(w,-CN),1628,1368(s,Ar-H),1214(s,C-N),1048(m,-SO3Na)。1HNMR(300MHz,DMSO-d6,ppm):δ10.63(s,1H),8.61(s,1H),8.15(d,1H J＝1.5Hz),7.89(d,2H),7.59-6.87(m,2H)。13CNMR(300MHz,DMSO-d6,ppm):158.70,154.04,140.61,131.32,126.58,126.51,120.31,115.92,115.06,114.60,104.05。
实施例4探针ZY16对ClO-的荧光检测
用蒸馏水将实施例1制备的探针ZY16和各待检测物(Ac-,Br-,Cl-,ClO-,CO3 2-,F-,I-,N3 -,NO2 -,NO3 -,S2-,SCN-,SO3 2-,t-BuOOH,H2O2)配制成浓度均为1mmol/L的储备液。测试荧光光谱时，将探针和待检测物按照1:2的物质的量比例混合，然后用10mmol/L Tris-HCl缓冲液(pH 7.4)和蒸馏水稀释，使得测试的探针ZY16浓度为10μmol/L，然后在室温下振荡2min后用荧光光谱仪测试其荧光光谱。如图4所示，在所有的待检测物中，探针ZY16只对ClO-显示出明显的荧光增强响应，表明ZY16可选择性识别ClO-。将不同当量的ClO-溶液逐渐滴加到探针ZY16(10μmol/L)溶液中，发现ClO-的浓度(0.8～8.7μmol/L)与反应体系在485nm处的荧光发射强度有良好的线性关系(线性方程y＝25.36x-6.29，R2＝0.9946)，ClO-的最低检测限按3σ/k计算为87.2nmol/L，这表明探针ZY16可高灵敏定量检测ClO-(图5)。
实施例5探针ZY16的抗干扰能力测试
加入10倍ClO-物质的量(200μmol/L)的干扰物(Ac-,Br-,Cl-,CO3 2-,F-,I-,N3 -,NO2 -,NO3 -,S2-,SCN-,SO3 2-,t-BuOOH,H2O2)到探针ZY16(10μmol/L)与ClO-(20μmol/L)的反应体系中，发现它们几乎都不会明显影响ZY16对ClO-的检测，表明探针ZY16抗干扰能力较强，能较好的识别ClO-(图6)。
实施例6探针ZY16对ClO-的时间响应
向ZY16溶液(10μmol/L)中加入2倍量的ClO-，2分钟后反应体系的荧光强度达到饱和状态，这表明ZY16可对ClO-快速响应(图7)。此时在365nm紫外灯下照射时，溶液的颜色由无色变为蓝色(图8)，这种溶液明显的荧光颜色变化证实ZY16对ClO-有良好的识别作用，可用于ClO-的可视化检测。
实施例7探针ZY16对水体中ClO-的检测
选择实验室常用的自来水、市售某品牌矿泉水和湖北黄石市磁湖三种水体样本，以它们代替荧光测试所用的蒸馏水，且未作任何处理，直接用于实验。对各种水样中的ClO-进行加标回收实验时，以没有加入ClO-的水样作为空白对照。由表1可看出，ZY16均不能检测三种水体中低浓度的ClO-，而向这三种水体中加入外源的ClO-，ClO-恢复率范围在96.0％～104.5％之间，测试结果的相对标准偏差(RSD)在2.67％～4.52％之间，这表明ZY16可以应用于这些实际水体样品中ClO-的定量测定，在环境污染监测领域具有较好的实用价值。
表1探针ZY16检测水体样品中ClO-的恢复性试验
Figure BDA0003073625490000071

Claims (6)

1.一种基于二氨基马来腈的检测次氯酸根离子的水溶性荧光探针ZY16，其特征在于其分子式为C11H7N4O4SNa，结构式如下：
Figure FDA0003621235090000011
2.一种如权利要求1所述的基于二氨基马来腈的检测次氯酸根离子的水溶性荧光探针ZY16的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将5-磺酸钠水杨醛和二氨基马来腈溶于无水乙醇中，然后加热回流反应，反应液冷却至室温后，抽滤，用乙醇洗涤滤饼，干燥即可得到产品即所述探针ZY16。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述5-磺酸钠水杨醛和二氨基马来腈的摩尔比为1:1～1:3，所述回流反应温度为70～90℃，反应时间为2～6小时。
4.如权利要求1所述的基于二氨基马来腈的检测次氯酸根离子的水溶性荧光探针ZY16在制备次氯酸根离子检测探针中的应用。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于：所述应用为检测水体中次氯酸根离子的含量。
6.如权利要求5所述的应用，其特征在于：所述检测为荧光强度检测。
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