CN113980007B - 一种锌离子检测荧光探针nfp及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锌离子检测荧光探针NFP及其制备方法和应用，该锌离子检测荧光探针NFP其结构如下式I所示，该荧光探针NFP对锌离子拥有很强的选择性，响应时间快，络合后肉眼可见的明显荧光增强以及低检出限。本发明以1，8‑萘酰亚胺衍生物和2‑呋喃酰肼为荧光基团，通过缩合反应制备希夫碱型荧光探针NFP，该荧光探针制备方法简单，原料易得，所得产品为固体粉末，易于存储。
Figure DDA0003363419830000011

Description

一种锌离子检测荧光探针NFP及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于荧光探针技术领域，具体涉及一种基于1,8-萘酰亚胺衍生物为母体的锌离子检测荧光探针NFP及其制备方法和应用。
背景技术
锌(Zn)是一种常见的有色金属，具有良好的压延性、耐磨性、抗腐蚀性、铸造性，且有很好的常温机械性，能与多种金属制成性能优良的合金。锌及其合金主要用于钢铁、冶金、机械、电气、化工、轻工、军事和医药等领域，目前在有色金属消费中仅次于铜和铝。锌元素是人体必需的微量元素，在人体含量仅次于铁。锌在人体内生长发育、免疫调节、维生素的利用等起着极其重要的作用。但“补锌不可以滥补”，若补锌过多，削弱其免疫功能，导致缺铁性贫血，影响消化系统功能，引发大、中血管损害，促发幼儿性早熟。同时，锌食入过多也可以可引起急性锌中毒，有呕吐、腹泻等胃肠道症状；在2010-10-01实施的《铅、锌工业污染物排放标准》(GB 25466-2010)中规定在工业生产过程中，水污染物中含锌总量排放浓度不得超过1.0mg/L。中国的《食品添加剂卫生标准》中已做出规定，一般情况下自然来源饮用水中硫酸锌最大使用量不得超过6mg/kg，其他食品中含锌量不得超过2.46mg/L。因此，发展快速简便且能定量检测锌含量的方法具有重要的应用价值。
原子吸收光谱法(AAS)，二硫腙比色法，电感耦合等离子体发射光谱法，电感耦合等离子体质量探针以及电化学方法等是目前锌离子检测最有效的方法，但是这些方法需要昂贵的仪器，严谨的实验条件，样品预处理比较复杂以及测量时间相对较长。相比较而言，基于有机小分子设计的荧光探针具有高选择性，高灵敏度，检测时间短，操作简单，检测成本低，毒性低以及可视化等优点而备受关注。因此，设计开发高灵敏度、高选择性以及低检出限的Zn2+荧光探针具有重要的使用价值。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种锌离子检测荧光探针NFP，该荧光探针NFP对锌离子具有很高的选择性，低检出限，响应时间短，可以快速地检测环境系统中微量的锌离子。
本发明还提供了所述锌离子检测荧光探针NFP的制备方法和应用。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明提供一种锌离子检测荧光探针NFP，所述锌离子检测荧光探针NFP以1，8-萘酰亚胺衍生物和2-呋喃酰肼为荧光基团，且通过一步希夫碱缩合而制备，其结构如下式I所示：
Figure BDA0003363419810000021
本发明所述的锌离子检测荧光探针NFP的制备方法，包括如下步骤：
将4-溴-1，8-萘二甲酸酐和正丁胺通过亲和加成-消除反应得到中间体4-溴-1，8-萘酰亚胺；然后以4-溴-1，8-萘酰亚胺原料，硫酸铜为催化剂，甲醇钠为碱，于有机溶剂中进行反应，得到中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺；再将中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺加入到HI水溶液中，水解得到中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺；最后将中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺通过甲酰化反应得到目标原料4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛；以目标原料4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛和2-呋喃酰肼通过缩合反应得到荧光探针NFP。
作为优选，所述锌离子检测荧光探针NFP制备的反应路线如下所示：
Figure BDA0003363419810000022
所述反应路线中：中间体为4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛(A)；2-呋喃酰肼(B)；(E)-N’-(2-丁基-6-羟基-1，3-二氧-2，3-二羟基-1H-苯并异喹啉5-甲烯基)呋喃-1-酰肼(NFP)为本发明所述检测锌离子荧光探针分子。
其中，所述4-溴-1，8-萘二甲酸酐加入并溶解到有机溶剂乙醇中，然后加入正丁胺，回流搅拌，待反应完全后，除去有机溶剂，然后通过柱层析得到中间体4-溴-1，8-萘酰亚胺。
其中，所述中间体4-溴-1，8-萘酰亚胺溶于有机溶剂甲醇中，然后加入甲醇钠和五水硫酸铜，加热回流搅拌，待反应完全后将反应液冷却至室温后，减压蒸馏除去有机溶剂，萃取，分液，干燥，除去溶剂后，通过柱层析得到中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺。
其中，所述中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺溶于HI水溶液后，高温回流搅拌，待反应完全后，将反应物冷却至室温，然后将反应液缓慢倒入冰水中，有固体析出，抽滤，得到中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺。
其中，在搅拌的三氟乙酸溶液中，加入中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺和乌洛托品，然后将混合反应体系升温回流过夜，反应完成后，将反应物料冷却至室温，加入三氯甲烷和HCl混合溶液搅拌，萃取，洗涤，分液，干燥，将粗产物通过柱层析纯化，得到目标原料A：4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛。
其中，所述4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛和2-呋喃酰肼溶解于有机溶剂甲醇中，将混合物料回流搅拌，反应完成后，将反应物料冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，将粗产物通过重结晶纯化，得到荧光探针NFP。
其中，所述2-呋喃酰肼的制备过程为：2-呋喃羧酸溶解于甲醇溶剂中，加入浓硫酸作为催化剂，将混合物料加热回流搅拌，反应完成后，将反应物料冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，将粗产物通过用二氯甲烷进行萃取，分液，干燥，减压蒸馏除去溶剂，得到粗产物2-呋喃羧酸甲酯；然后，将2-呋喃羧酸甲酯和水合肼溶于有机溶剂甲醇中，加热回流搅拌，反应完成后，将反应物料冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，通过柱层析得到2-呋喃酰肼。
本发明所述的锌离子检测荧光探针NFP通过荧光试纸在检测溶液中痕量锌离子中的应用。
作为优选，所述NFP的制备过程包括：
(1)4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛(A)的制备
将4-溴-1，8-萘二甲酸酐加入并溶解到乙醇溶剂中，然后加入正丁胺，回流搅拌5小时，待反应完全后，减压蒸馏除去有机溶剂，然后通过柱层析(乙酸乙酯：石油醚＝1:10)方法，得到淡黄色固体中间体4-溴-1，8-萘酰亚胺。
将中间体4-溴-1，8-萘酰亚胺溶于甲醇中，然后加入甲醇钠和五水硫酸铜，加热回流搅拌24小时后，将反应液冷却至室温后，减压蒸馏除去有机溶剂，向反应体系1M HCl水溶液，用二氯甲烷萃取，分液，无水硫酸镁干燥，减压蒸馏除去溶剂后，通过柱层析(乙酸乙酯：石油醚＝1:10)方法，得到黄色固体中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺。
将中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺溶于55％HI水溶液后，在高温140℃条件下回流搅拌12小时后，将反应物冷却至室温，然后将反应液缓慢倒入冰水中，有固体析出，抽滤，用蒸馏水洗涤固体，得到棕色固体中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺。
在搅拌的三氟乙酸溶液中，加入中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺和乌洛托品，然后将混合反应体升温至120℃回流过夜后，将反应物料冷却至室温，然后加入CHCl3和HCl水溶液，用三氯甲烷萃取，饱和食盐水洗涤，分液，无水硫酸镁干燥，将粗产物通过柱层析纯化(乙酸乙酯：石油醚＝1：3)或者重结晶纯化，得到淡黄色目标原料4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛(A)。
(2)2-呋喃酰肼(B)的制备
将2-呋喃羧酸溶解于甲醇溶剂中，加入浓硫酸作为催化剂，将混合物料加热回流搅拌，反应完成后，将反应物料冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，将粗产物通过用二氯甲烷进行萃取，分液，无水硫酸镁干燥，减压蒸馏除去溶剂，得到粗产物2-呋喃羧酸甲酯。然后，将粗产品2-呋喃羧酸甲酯和水合肼溶于甲醇溶剂中，加热回流搅拌，反应完成后，将反应物料冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，通过柱层析(乙酸乙酯：石油醚＝1:3)得到目标原料2-呋喃酰肼(B)。
(3)制备基于1,8-萘酰亚胺衍生物为母体的锌离子荧光探针
将4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛(A)和2-呋喃酰肼(B)溶解于甲醇溶剂中，在N2保护下，将反应体系于80℃下回流搅拌，反应完成后，将反应体系冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，将粗产物通过重结晶纯化，得到荧光探针分子NFP。
本发明所述的基于1,8-萘酰亚胺衍生物为母体的锌离子检测荧光探针通过荧光试纸有效地检测溶液中痕量锌离子的应用。
本发明设计了一种全新结构的以基于1,8-萘酰亚胺衍生物为母体的席夫碱型荧光探针NFP。该锌离子检测荧光探针母体结构中，1，8-萘酰亚胺具有刚性平面结构和大π键共轭体系，是很好的发色团。2-呋喃酰肼衍生物作为荧光基团具有诸多优点，且具有很好的生物相容性以及生物毒性低。同时，本探针与现有技术中以嘌呤结构为母体的探针相比，合成路线短，产率高，原料成本低，而且对Zn2+具有独特的灵敏度、检出限低，可以成功地制备荧光试纸检测水溶液中的微量Zn2+。其次，与申请人已报导的以1，8-萘酰亚胺和异喹啉酰肼或者2-苯甲酰胺苯甲酰肼为荧光基团，通过缩合反应制备具有双官能化有机小分子检测铝离子的荧光探针NIQ或者NBP相比，本发明的采用全新的荧光基团，该探针对金属锌离子的相应更快(30s),而且可以有效检地定量测环境中痕量锌离子。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明通过利用一步法通过1,8-萘酰亚胺醛和2-呋喃酰肼缩合制备具有1，8-萘酰亚胺衍生物为母体的荧光探针。该荧光探针对锌离子具有专一性识别，响应时间短，灵敏度高，对溶液中Zn2+表现出高灵敏度，高选择性以及低检出限(39nm)，与锌离子络合后肉眼可见的明显荧光增强，更重要的是该探针制备方法简单，所得产品为固体粉末，易于存储，稳定性好。
附图说明
图1为实施例1中制得的锌离子荧光探针在(DMSO:H2O:Hepes)(v/v/v＝9:1:0.1)溶液中对不同浓度锌离子(Zn2+)的紫外吸收光谱图以及颜色变化图(图1插图中左边为黄色，右边淡绿色)；
图2为实施例1中制得的锌离子荧光探针在(DMSO:H2O:Hepes)(v/v/v＝9:1:0.1)溶液中对不同金属离子选择性荧光光谱图；
图3为实施例1中制得的荧光探针在(DMSO:H2O:Hepes)(v/v/v＝9:1:0.1)溶液中对不同浓度锌离子(Zn2+)的荧光光谱响应图以及颜色变化图；
图4为实施例1中制得的荧光探针在(DMSO:H2O:Hepes)(v/v/v＝9:1:0.1)溶液中对不同金属离子选择干扰性检测的荧光响应图；
图5为实施例1中制得的荧光探针在(DMSO:H2O:Hepes)(v/v/v＝9:1:0.1)与锌离子(Zn2+)络合比的Job-plot曲线；
图6为实施例1中制得的荧光探针检测锌离子时的响应时间图；
图7为实施例1中制得的荧光探针在(DMSO:H2O:Hepes)(v/v/v＝9:1:0.1)与锌离子(Zn2+)在不同pH值(2至12)范围内荧光响应图；
图8为实施例1制得的荧光探针以及荧光探针与锌离子络合后的最优构型图；
图9为实施例1制得的荧光探针制备的荧光试纸，在测试不同浓度锌离子的颜色变化图；
图10为实施例1制得的荧光探针在河水中以及自来水中检测痕量锌离子；
图11为实施例1中制得的荧光探针的质谱1H NMR谱图；
图12为实施例1中制得的荧光探针的质谱13C NMR谱图；
图13为实施例1中制得的荧光探针的质谱MS谱图；
图14为实施例1中制得的荧光探针的质谱IR谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明中使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。实验所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例中所选用的以下所有试剂皆为市售分析纯或化学纯。
其中，实施例中各种属离子溶液是由纯度为99％以上的氯化盐化学试剂如无水氯化锌、无水氯化铁、氯化锌等加去离子水配置而成的。
实施例1
基于1,8-萘酰亚胺衍生物为母体的荧光探针NFP的具体合成路线：
(1)制备中间体
在100ml含有50ml有机溶剂乙醇的圆底烧瓶中，分别加入4-溴-1，8-萘二甲酸酐(1.39g,5mmol)和正丁胺(10μL，5mmol)，搅拌溶解后，升温至80℃继续搅拌回流，TLC跟踪检测。反应完全后(5小时)，反应体系冷却至室温，减压蒸馏除去有机溶剂得到棕色油状粗产品。然后将其粗产品通过柱层析分离(乙酸乙酯：石油醚＝1:10)得到中间体4-溴-1，8-萘酰亚胺(淡黄色固体，1.25g,75％)。
所得中间体4-溴-1，8-萘酰亚胺的结构式为：
Figure BDA0003363419810000061
(2)制备中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺
在50ml含有10ml有机溶剂甲醇的反应瓶中，分别加入中间体4-溴-1，8-萘酰亚胺(0.33g，1mmol)，甲醇钠(0.16g,3mmol)和五水硫酸铜(0.5g，20mmol％)，搅拌溶解后，反应体系升温至70℃搅拌回流24小时。将反应液冷却至室温后，减压蒸馏除去有机溶剂，加入1MHCl水溶液(50ml),然后用二氯甲烷(3*50ml)萃取，分液，无水硫酸镁干燥，减压蒸馏除去溶剂后，得到黄色固体粗产品，粗产品通过柱层析(乙酸乙酯：石油醚＝1:10)，得到黄色固体中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺(0.18g,62％)。
所得中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺的结构式为：
Figure BDA0003363419810000071
(3)制备中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺
在100ml圆底烧瓶中，加入中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺(0.28g,1mmol)以及质量分数55％HI(30ml)水溶液，搅拌溶解后，加热至140℃，回流搅拌12小时。然后，将反应物冷却至室温后缓慢倒入冰水中，固体粗产品立刻析出。最后，将棕色固体粗产品抽滤，用蒸馏水洗涤3次，得到中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺(0.11g，58％)。
所得中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺的结构式为：
Figure BDA0003363419810000072
(4)制备中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛
在搅拌的三氟乙酸(20mL)溶液中，分别加入中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺(0.54g,2mmol)和乌洛托品(0.84g,6mmol)，搅拌溶解后，升温至120℃，搅拌回流12个小时。待反应体系冷却至室温，继续加入三氯甲烷(20mL)和1M HCl(20mL)搅拌12h。然后，用三氯甲烷萃取反应体系(3×20mL)，无水硫酸镁干燥，将粗产物用甲醇重结晶纯化，得到淡黄色目标原料4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛(0.41g，70％)。
所得到的中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛结构式为：
Figure BDA0003363419810000081
(5)制备中间体2-呋喃酰肼
将2-呋喃羧酸(1.12g,10mmol)溶解于甲醇溶剂(50mL)中，搅拌溶解的条件下，滴加浓硫酸(1mL)作为催化剂，然后将反应体系升温至70℃搅拌回流12个小时。将反应体系冷却至室温，减压蒸馏除去有机溶剂，得到粗产物2-呋喃羧酸甲酯。向含有粗产品的圆底烧瓶加入水合肼(0.1g,20mmol)和有机溶剂甲醇(30ml)，继续升温至70℃搅拌回流3个小时。反应结束后，将反应体系冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，粗产物通过柱层析(乙酸乙酯：石油醚＝1:3)得到目标原料2-呋喃酰肼(0.89g，78％)。
所得到的中间体2-呋喃酰肼结构式为：
Figure BDA0003363419810000082
(6)制备基于1,8-萘酰亚胺衍生物为母体的锌离子荧光探针NFP
在50ml含有20ml有机溶剂甲醇的圆底烧瓶中，分别加入4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛(A)(0.297g,1mmol)和2-呋喃酰肼(B)(0.126g,1mmol)，搅拌溶解后，将反应体系升温至80℃回流搅拌3个小时。TLC跟踪反应检测，反应完成后，将反应体系冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，将粗产物通过重结晶(DMSO:MeOH＝1:20)纯化，得到黄色固体荧光探针分子NFP(0.36g,85％)。
所得到的荧光探针化合物结构式为：
Figure BDA0003363419810000091
本荧光探针的表征数据1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ12.61(s,1H),8.80(s,1H),8.62(d,J＝0.84Hz,1H),8.49–8.47(m,2H),8.02(s,1H),7.84–7.80(m,1H),7.38(d,J＝0.84Hz,1H),6.76(s,1H),4.03–3.99(m,2H),1.64–1.56(m,2H),1.39–1.30(m,2H),0.93(t,J＝0.84Hz,3H)；13C NMR(100MHz,DMSO-d6)δ172.8,163.6,162.5,154.1,138.9,131.4,131.1,130.4,127.8,124.4,121.3,112.2,105.8,40.0,29.6,19.6,13.58.ESI-MS m/z:[M-H]+calcd for C22H19N3O5 405.1,found404.0.IR(KBr cm-1):3435,2954,2356,1694,1653,1591.
实施例1中制得的荧光探针的氢谱(1H NMR),碳谱(13C NMR),质谱MS以及红外谱图分别如图11，图12，图13，图14所示，说明本发明的荧光探针制备成功。
实施例2
将实施例1制得的锌离子检测荧光探针NFP用DMSO配置成1mM的探针储备液，各金属离子用去离子水配置成3mM的金属离子储备液，向3mL的空白溶液(DMSO:H2O:Hepes)(v/v/v＝9:1:0.1)中加入30μL的探针储备液和50μL的金属离子储备液并用荧光光谱仪和紫外分光光度计进行检测，测试得知荧光探针的最大激发波长为404nm，最大发射波长为506nm，具体测试结果如下：
取两个比色皿，分别加入3mL含有探针储备液(30μL)的混合溶液(DMSO:H2O:Hepes)(v/v/v＝9:1:0.1)，向其中一个比色皿再加入50μL的锌离子储备液，进行紫外光谱测试。如图1所示，荧光探针本身在波长λ＝400nm处几乎有紫外吸收，一旦加入锌离子后，紫外吸收峰逐渐增强；而且，添加锌离子使探针溶液的颜色由淡黄色变为淡绿色。结果表明探针对Zn2+具有具有很高的灵敏度和选择性。
如图2所示，锌离子检测荧光探针对各种常见金属离子选择性荧光光谱图。向3mL的空白溶液(DMSO:H2O:Hepes)(v/v/v＝9:1:0.1)中加入30μL的探针储备液和50μL的金属离子储备液，实验结果表明只有加入锌离子，荧光光谱在506nm处荧光强度才发生明显的增强。而且，荧光强度明显优于加入其他金属离子时的荧光强度，说明本发明的荧光探针对锌离子有很好的选择性。
如图3所示，锌离子检测荧光探针对不同浓度锌离子(Zn2+)的荧光光谱响应图。向3mL的空白溶液(DMSO:H2O:Hepes)(v/v/v＝9:1:0.1)中加入30μL的探针储备液和0～100μL(0、1、2、3……10、15……50、60……100μL)的锌离子溶液(3mM的锌离子储备液)，该荧光探针在溶液中本身几乎无荧光，但随着锌离子浓度的增加，在506nm处荧光随着锌离子浓度的增加也不断的增强，即荧光强度随着锌离子浓度的增加而增加，并且伴随着明显的颜色变化。说明本发明实施例1制备的探针NFP与锌离子络合后，抑制了C＝N双键旋转，从而抑制了电子转移，从而说明探针NFP是荧光增强型探针。
如图4所示，锌离子检测荧光探针在不同干扰金属离子存在的情况下与锌离子反应后的荧光强度柱状图。向3mL的空白溶液(DMSO:H2O:Hepes)(v/v/v＝9:1:0.1)中加入30μL的探针储备液和50μL的其他任意一种金属离子(Al3+，Co2+，Pd2+，Ni2+，Cu2+，Cr3+，Cu+，Mn2+，Mg2+，Ba2+，Pd2+，Sn2+，Fe2+，K+，Ca2+，Sr2+，Na+，Ag+和Cd2+)储备液，最后向空白液加入50μL的Zn2 +储备液，测试其荧光强度。结果表明，除了具有抗磁性的铜离子，其他金属离子对本发明锌离子荧光探针识别锌离子没有明显的干扰，说明本发明制备的探针专一性好。
如图5所示，通过Job's plot方法研究了探针与Zn2+的结合率，向3mL的空白溶液(DMSO:H2O:Hepes)(v/v/v＝9:1:0.1)中加入一定体积探针储备液(1mM)和Zn2+储备液(3mM)，使得锌离子检测荧光探针和锌离子的浓度总和为50μM，通过改变二者的浓度比(锌离子检测荧光探针和锌离子物质的量比依次为1∶9，2∶8，3∶7，4∶6，5∶5，6∶4，7∶3，8∶2，9∶1)得到506nm处的荧光强度与该浓度下锌离子荧光探针化合自身荧光强度的差值，与离子占总浓度的比例作图。通过此图5可知，当锌离子所占比例为0.5时纵坐标达到最高值，可以确定该荧光探针与锌离子之间以1∶1比例络合形成稳定的络合物[NFP-Zn2+]。
如图6所示，向3mL的空白缓冲液(DMSO:H2O:Hepes)(v/v/v＝9:1:0.1)中加入30μL的探针储备液和50μL的Zn2+储备液，探针的荧光强度在30s内迅速增强到最高，并在1分钟内达到稳定值。此外，探针的荧光强度在随后的10min内基本保持不变，这说明探针对于Zn2+检测足够稳定。
如图7所示，用1M HCl和1M NaOH调节分别含有探针NFP储备液(10μL)以及[NFP-Zn2+]储备液(10μL)的DMSO/H2O溶液(1mL)，其中[NFP-Zn2+]储备液由探针、氯化锌溶于二次蒸馏水分别配成浓度10uM、50uM，使其具有不同的pH变化值。然后，测试这两个体系在不同pH值范围内的荧光强度。探针NFP本身在pH值从2到12的范围内几乎没有荧光强度，但是[NFP-Zn2+]体系在pH为4.0-9.0的范围内，荧光(510nm)强度明显增强，且在pH＝7时荧光强度达到最大值。[NFP-Zn2+]在强酸性条件下(pH<4.0)，荧光信号比较弱，可能原因是荧光探针NFP络合点被质子化，不容易与锌离子络合。[NFP-Zn2+]在强碱性条件下(pH>9.0)，荧光信号逐渐降低，可能原因是形成Zn(OH)2沉淀，降低了[NFP-Zn2+]浓度。因此，NFP最适合的pH范围是6-8，NFP具有可在生物环境中具有检测Zn2+的能力。
如图8所示，荧光探针以及[NFP-Zn2+]络合物的最优构型图以及其相应的能级图，DFT计算结果进一步证明了探针NFP与锌离子是通过-C＝N,-OH以及C＝O形成的四配位配合物。
如图9所示，将滤纸浸入含有荧光探针(1mM)的DMSO:H2O:Hepes(v/v/v＝9:1:0.1)储备液中，浸泡半小时，然后将测试条取出在空气中干燥，得到干燥的含有探针的试纸条。将试纸条分别浸泡在0mM、0.1mM、1mM锌离子浓度溶液中，浸泡30分钟后，晾干，在紫外灯下，测定用荧光探针NFP溶液制备的荧光试纸以及其在测试不同浓度锌离子时的颜色变化，说明探针NFP的颜色随着锌离子浓度变化而变化，并且可以以固体状态定量检测环境中痕量锌离子。
如图10所示，分别用湖中的水以及自来水代替二次蒸馏水配不同浓度的锌离子和探针储备液进行荧光滴定，方法同图3中的过程，荧光强度与锌离子浓度成正比，说明该探针NFP可以有效定量检测溶液中的衡量锌离子，同时计算本探针具有较低低检出限(39nm)和较宽的pH值检测范围。
上述实验说明以1，8-萘酰亚胺和2-呋喃酰肼为荧光基团，通过缩合反应制备具有1,8-萘酰亚胺荧光探针NFP，该探针对溶液中Zn2+表现出高灵敏度和高选择性。

Claims (10)

1.一种锌离子检测荧光探针NFP在检测溶液中锌离子中的应用，所述锌离子检测荧光探针NFP以1，8-萘酰亚胺衍生物和2-呋喃酰肼为荧光基团，其结构如下式I所示：
。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述锌离子检测荧光探针NFP通过荧光试纸在检测溶液中痕量锌离子中的应用。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述锌离子检测荧光探针NFP的制备方法包括如下步骤：
将4-溴-1，8-萘二甲酸酐和正丁胺通过亲和加成-消除反应得到中间体4-溴-1，8-萘酰亚胺；然后以4-溴-1，8-萘酰亚胺原料，硫酸铜为催化剂，甲醇钠为碱，于有机溶剂中进行反应，得到中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺；再将中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺加入到HI水溶液中，水解得到中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺；最后将中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺通过甲酰化反应得到目标原料4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛；以目标原料4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛和化合物2-呋喃酰肼通过缩合反应得到荧光探针NFP。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述锌离子检测荧光探针NFP制备的反应路线如下所示：
。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述4-溴-1，8-萘二甲酸酐加入并溶解到有机溶剂乙醇中，然后加入正丁胺，回流搅拌，待反应完全后，除去有机溶剂，然后通过柱层析得到中间体4-溴-1，8-萘酰亚胺。
6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述中间体4-溴-1，8-萘酰亚胺溶于有机溶剂甲醇中，然后加入甲醇钠和五水硫酸铜，加热回流搅拌，待反应完全后将反应液冷却至室温后，减压蒸馏除去有机溶剂，萃取，分液，干燥，除去溶剂后，通过柱层析得到中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺。
7.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述中间体4-甲氧基-1，8-萘酰亚胺溶于HI水溶液后，高温回流搅拌，待反应完全后，将反应物冷却至室温，然后将反应液缓慢倒入冰水中，有固体析出，抽滤，得到中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺。
8.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，在搅拌的三氟乙酸溶液中，加入中间体4-羟基-1，8-萘酰亚胺和乌洛托品，然后将混合反应体系升温回流过夜，反应完成后，将反应物料冷却至室温，加入三氯甲烷和HCl混合溶液搅拌，萃取，洗涤，分液，干燥，将粗产物通过柱层析纯化，得到目标原料A：4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛。
9.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述4-羟基-1，8-萘酰亚胺-3-醛和2-呋喃酰肼溶解于有机溶剂甲醇中，将混合物料回流搅拌，反应完成后，将反应物料冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，将粗产物通过重结晶纯化，得到荧光探针NFP。
10.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述2-呋喃酰肼的制备过程为：2-呋喃羧酸溶解于甲醇溶剂中，加入浓硫酸作为催化剂，将混合物料加热回流搅拌，反应完成后，将反应物料冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，将粗产物通过用二氯甲烷进行萃取，分液，干燥，减压蒸馏除去溶剂，得到粗产物2-呋喃羧酸甲酯；然后，将2-呋喃羧酸甲酯和水合肼溶于有机溶剂甲醇中，加热回流搅拌，反应完成后，将反应物料冷却至室温，减压蒸馏除去溶剂，通过柱层析得到2-呋喃酰肼。
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