CN114761796A - 具有含硫的离子载体的化学传感器 - Google Patents
具有含硫的离子载体的化学传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114761796A CN114761796A CN201980103046.7A CN201980103046A CN114761796A CN 114761796 A CN114761796 A CN 114761796A CN 201980103046 A CN201980103046 A CN 201980103046A CN 114761796 A CN114761796 A CN 114761796A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- moiety
- water
- chemical sensor
- sulfur
- compound
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 239000002555 ionophore Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 230000000236 ionophoric effect Effects 0.000 title claims abstract description 36
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 25
- RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N lead(2+) Chemical compound [Pb+2] RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 24
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 8
- XJHABGPPCLHLLV-UHFFFAOYSA-N benzo[de]isoquinoline-1,3-dione Chemical compound C1=CC(C(=O)NC2=O)=C3C2=CC=CC3=C1 XJHABGPPCLHLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 claims description 6
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000003568 thioethers Chemical group 0.000 claims description 4
- 229930192474 thiophene Chemical group 0.000 claims description 4
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea group Chemical group NC(=S)N UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000009360 aquaculture Methods 0.000 claims description 3
- 244000144974 aquaculture Species 0.000 claims description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000003557 thiazoles Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000003556 thioamides Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004886 thiomorpholines Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000003577 thiophenes Chemical class 0.000 claims description 3
- 125000003837 (C1-C20) alkyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- FYIHPNCKLYPALH-UHFFFAOYSA-N 2-[2-(2-aminophenoxy)ethenoxy]aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1OC=COC1=CC=CC=C1N FYIHPNCKLYPALH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- MDSRAEXCUAELNV-UHFFFAOYSA-N 2-[n-(carboxymethyl)-2-(2-morpholin-4-yl-2-oxoethoxy)anilino]acetic acid Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)C1=CC=CC=C1OCC(=O)N1CCOCC1 MDSRAEXCUAELNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GNBHRKFJIUUOQI-UHFFFAOYSA-N fluorescein Chemical compound O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC=C(O)C=C1OC1=CC(O)=CC=C21 GNBHRKFJIUUOQI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 claims description 2
- 150000003585 thioureas Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 2
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical group C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- FZWLAAWBMGSTSO-UHFFFAOYSA-N Thiazole Chemical group C1=CSC=N1 FZWLAAWBMGSTSO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- AEOCXXJPGCBFJA-UHFFFAOYSA-N ethionamide Chemical group CCC1=CC(C(N)=S)=CC=N1 AEOCXXJPGCBFJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- BRNULMACUQOKMR-UHFFFAOYSA-N thiomorpholine Chemical group C1CSCCN1 BRNULMACUQOKMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 26
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 125000000392 cycloalkenyl group Chemical group 0.000 description 6
- 125000000753 cycloalkyl group Chemical group 0.000 description 6
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 5
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 5
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 description 4
- 125000001072 heteroaryl group Chemical group 0.000 description 4
- 125000000304 alkynyl group Chemical group 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 125000004366 heterocycloalkenyl group Chemical group 0.000 description 3
- 125000000592 heterocycloalkyl group Chemical group 0.000 description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 3
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 125000001313 C5-C10 heteroaryl group Chemical group 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 2
- 230000009920 chelation Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004679 ONO2 Inorganic materials 0.000 description 1
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002877 alkyl aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000005213 alkyl heteroaryl group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003968 anodic stripping voltammetry Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 150000001601 aromatic carbocyclic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000003710 aryl alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 description 1
- 125000001511 cyclopentyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C1([H])[H] 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000000705 flame atomic absorption spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000001506 fluorescence spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 230000005802 health problem Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 125000001183 hydrocarbyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001600 hydrophobic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001095 inductively coupled plasma mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- RLJMLMKIBZAXJO-UHFFFAOYSA-N lead nitrate Chemical compound [O-][N+](=O)O[Pb]O[N+]([O-])=O RLJMLMKIBZAXJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 125000002950 monocyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000003335 secondary amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- -1 sulfur ion Chemical class 0.000 description 1
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 description 1
- 238000004448 titration Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
- G01N31/22—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
- G01N33/1813—Specific cations in water, e.g. heavy metals
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N2021/7769—Measurement method of reaction-produced change in sensor
- G01N2021/7786—Fluorescence
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Abstract
本公开提供用于水中的铅离子检测的化学传感器，其包括布置在光电转换器中的传感器层，所述传感器层包含至少一种具有至少一个含硫的离子载体部分和荧光团部分的化合物。其还提供检测水样中的铅离子的方法(100)，所述方法包括i)提供用于水中的铅离子检测的化学传感器，其包括布置在光电转换器中的传感器层，所述传感器层包含具有至少一个含硫的离子载体部分和荧光团部分的化合物(105)；ii)测量由所述传感器层发射的荧光信号(115)；和iii)将所述荧光信号归结于水中的铅离子浓度(120)。其还提供如上文定义的化学传感器用于水中的铅离子检测的用途。
Description
技术领域
本公开涉及作为用于水中的铅离子检测的化学传感器的含硫化合物、检测铅离子的方法和所述化学传感器用于铅离子的荧光测量的用途。
背景
饮用水中的重金属污染是一个普遍存在的问题，特别是在亚洲地区。常见的饮用水源，如湖泊或河流直接和间接地被不同种类的工业和消费废料污染。铅污染是水中最严重的重金属污染之一，人类长期暴露于铅可导致严重的健康问题。因此，需要确保饮用水不含铅离子。目前可用的技术（ICP-MS、ICP-原子发射光谱学、火焰原子吸收光谱学、阳极溶出伏安法、基于DNA的传感器）都是分批法；有基于实验室的也有即时的。需要新的化学传感器以改进水中的铅检测，其应该根据WHO指南对铅离子检测超灵敏（ppb或ug/L范围）。另外，它们应该提供对水中的铅离子检测的高选择性。理想地，化学传感器不应该存在pH交叉敏感性。此外，它们应该提供实时测量并且自我再生以监测饮用水中的铅离子。
鉴于上述情况，需要可以克服或至少改善上述一些问题的化学传感器。
概述
在第一个方面，提供了用于水中的铅离子检测的化学传感器，其包括布置在光电转换器（optoelectrical transducer）中的传感器层。所述传感器层包含至少一种具有至少一个含硫的离子载体部分和荧光团部分的化合物。
在第二个方面，提供了检测水样中的铅离子的方法，所述方法包括i) 提供用于水中的铅离子检测的化学传感器，其包括布置在光电转换器中的传感器层，所述化学传感器包含至少一种具有至少一个含硫的离子载体部分和荧光团部分的化合物；ii) 测量由所述传感器层发射的荧光信号；和iii) 将所述荧光信号归结于水中的铅离子浓度。
在第三个方面，提供了如上文定义的化学传感器用于水中的铅离子检测的用途。
附图简述
图1图解本公开所基于的荧光化学传感器技术的基本原理。1是指铅离子，2是指含硫的离子载体部分，3是指光致电子转移（PET），4是指荧光团部分，且5是指任选的间隔基。传感器分子包含两个主要组分：受体或离子载体部分，和荧光团部分。荧光团是表现出特定激发波长并在激发（表示为hυ1）时发射更高波长的荧光信号的荧光部分。受体部分或离子载体部分在螯合/结合到客体分子或被分析物如铅离子方面是非常特异性的。空的受体位点将由于电子从富电子的受体部分向荧光部分的光致电子转移（PET）而导致荧光信号的猝灭。在铅离子与离子载体部分螯合的情况下，PET效应失效，因为没有电子可发生PET，以致荧光信号增强（表示为hυ2）。信号强度与铅离子浓度成比例，因此可用于铅离子的定量分析。
图2A图解用于荧光基化学传感的光电子转换系统的示意图，其中1是指光学分析模块，2是指传感器层，3是指铅离子。
图2B图解用于荧光基化学传感的光电子转换系统的示意图，其中1是指发光二极管（LED），其任选以430至470 nm的波长发射，2是指滤光片，其任选具有窄带通，任选在430nm/40 nm处，3是指有色玻璃滤光片，其任选具有长通，任选从530 nm向前，4是指光学分析器，其任选为光电二极管，5是指微处理器，6是指软件接口。
图3显示代表基于钠离子的化学传感的样品荧光激发（左侧）和发射峰（右侧）的曲线图。在现有技术中通常遇到该曲线图。该图上的标记分别编号为1和2，其中1是指“荧光强度”，2是指“波长(nm)”。
图4是描述方法100的各个方法步骤的工艺流程图，其定义如下：在步骤105中，提供用于水中的铅离子检测的化学传感器，其包括布置在光电转换器中的传感器层，所述传感器层包含至少一种具有至少一个含硫的离子载体部分和荧光团部分的化合物。在步骤115中，测量由传感器层发射的荧光信号。在步骤120中，将荧光信号归结于水中的铅离子浓度。
图5显示在水中的铅离子检测的过程中使用具有至少一个硫离子载体部分和萘二甲酰亚胺荧光团部分的化合物的发射荧光光谱。该图上的编号为1和2的标记是指1：“荧光强度，a.u.”和2：“波长，nm”。在插图中，图上的编号为3和4的标记是指1：“强度”和4：“浓度”。字母a、b、c、d、e和f是指浓度差，其中“a”是指最低曲线，而最高浓度“f”是指最高曲线。
图6显示图解具有至少一个含硫的离子载体部分和萘二甲酰亚胺荧光团部分的化合物在10ug/L铅离子水溶液的检测过程中的pH不敏感性的曲线图。该图上的编号为1和2的标记是指1：“荧光强度，a.u.”和2：“波长，nm”。由于曲线基本重叠，可以得出结论，荧光强度不依赖于pH值。
详述
目前提供的化学传感器的改进可能来源于离子载体部分的选择。大多数现有技术涉及利用氮基和氧基离子载体部分的组合形成金属螯合环结构的化学传感器技术。现有技术在光致电子转移（PET）和与金属离子的配位中都利用富电子氮。在本文中提议利用具有硫基离子载体部分的传感器分子代替氮。这是因为硫基离子载体部分对铅离子的结合亲和力更高。此外，它们还对与铅离子螯合具有特异性。最后，不同于氮，硫基离子载体部分不参与pH滴定反应，这使得传感器层对可能来自水样的pH变化不敏感。
相应地，在一个方面，提供了用于水中的铅离子检测的化学传感器，其包含括布置在光电转换器中的传感器层，所述传感器层包含至少一种具有至少一个含硫的离子载体部分和荧光团部分的化合物。
根据各种实施方案，所述至少一个含硫的离子载体部分可包含选自硫脲、硫代酰胺、硫醚、噻吩、噻唑、硫代吗啉、-NH-C(S)-NH-NH2及其组合的官能团。
根据各种实施方案，所述至少一个含硫的离子载体部分可具有对用作受体位点的铅离子的高结合效率。因此，所述至少一个含硫的离子载体部分可选自
根据各种实施方案，所述至少一种具有至少一个含硫的离子载体部分和荧光团部分的化合物是下式(I)的化合物
(I)，
其中：
R1包含选自硫脲、硫代酰胺、硫醚、噻吩、噻唑、硫代吗啉、-NH-C(S)-NH-NH2及其组合的官能团；
R2选自氢、未取代的直链或支化C1-C20-烷基和R1；和
R3是氢或有机部分。
在各种实施方案中，R1可以是仲胺，其中氮原子可类似于与任何一个上述含硫的离子载体部分的接触点。或者，R1可以是叔胺，其中氮原子可类似于与（独立选择的）任何两个上述含硫的离子载体部分的接触点。
在各种实施方案中，R2可被定义为R1，其中要理解的是，在每种情况下R1独立地选自上述实施方案。换言之，当R2是R1时，在荧光团部分上的这两个R1侧基都可代表独立地选自如上文详述的与R1相关的实施方案的离子载体。
关于R3，本文所用的术语“有机部分”是指含碳部分。这些部分可以是直链或支化、取代或未取代的，并衍生自烃，通常通过一个或多个碳原子被其它原子，如氧、氮、硫、磷或含有氧、氮、硫、磷的官能团取代。合适的基团和部分是本领域技术人员公知的或可通过常规实验容易地确认。
在一个优选实施方案中，有机部分可以是直链或支化、取代或未取代的具有1至x个碳原子的烷基；直链或支化、取代或未取代的具有2至x个碳原子的烯基；直链或支化、取代或未取代的具有2至x个碳原子的炔基；直链或支化、取代或未取代的具有1至x个碳原子的烷氧基；取代或未取代的具有3至x个碳原子的环烷基；取代或未取代的具有3至x个碳原子的环烯基；取代或未取代的具有6至x个碳原子的芳基；和取代或未取代的具有3至x个碳原子的杂芳基；其中x是2或更大的任何整数。
在本公开的另一个实施方案中，有机部分可以是直链或支化、取代或未取代的具有1至10个碳原子的烷基；直链或支化、取代或未取代的具有3至10个碳原子的烯基；直链或支化、取代或未取代的具有1至10个碳原子的烷氧基；取代或未取代的具有5至10个碳原子的环烷基；取代或未取代的具有5至10个碳原子的环烯基；取代或未取代的具有5至10个碳原子的芳基；和取代或未取代的具有5至10个碳原子的杂芳基。
有机部分也可以是任何上述基团的组合，包括但不限于烷基芳基、芳基烷基、烷基杂芳基等，仅举几例，所有这些都可以是取代或未取代的。
本文关于上述部分使用的术语“取代”是指非氢的取代基。这样的取代优选选自选自卤素、-OH、-OOH、-NH2、-NO2、-ONO2、-CHO、-CN、-CNOH、-COOH、-SH、-OSH、-CSSH、-SCN、-SO2OH、-CONH2、-NH-NH2、-NC、-CSH-OR、-NRR'、-NR、-C(O)R、-C(O)OR、-(CO)NRR'、-NR'C(O)R、-OC(O)R、具有5至10个碳原子的芳基、具有3至10个碳原子的环烷基（环烯基）、3-至8-元杂环烷基（杂环烯基）和5-至10-元杂芳基，其中R和R'独立地选自氢、具有1至10个碳原子的烷基、具有2至10个碳原子的烯基、具有2至10个碳原子的炔基、具有5至10个碳原子的芳基、具有3至10个碳原子的环烷基（环烯基）、包含1至4个选自氮、氧和硫的杂原子的5-至10-元杂芳基、和包含1至4个选自氮、氧和硫的杂原子的5-至10-元杂环烷基（杂环烯基）。任何这些取代基可能再被取代，但是优选的是这些取代基是未取代的。
烷基或缩写“alk”是指饱和烃部分，如甲基、乙基等。烯基和炔基分别包含至少一个碳-碳双键或三键，并且除此以外被定义为上述烷基。
环烷基是指非芳族碳环部分，如环戊基、环己基等。
环烯基是指包含至少一个C-C双键的非芳族碳环化合物。
类似地，杂环烷基（杂环烯基）是指其中1个或多个环碳原子被优选选自氮、氧和硫的杂原子替代的环烷基（环烯基）。
芳基是指优选为单环的芳环。优选的芳基取代基是具有6个碳原子的部分，如苯基。
杂芳基是指对应于各自芳基部分的芳族部分，其中一个或多个环碳原子已被杂原子，如氮、氧和硫替代。
所有上述基团都可以是取代或未取代的。当被取代时，取代基可选自上面的取代基名单。
本文所用的术语“至少一个”是指一个或多个，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或更多个所述物类。
本文所用的卤素是指F、CI、Br和I。
在各种实施方案中，具有至少一个含硫的离子载体部分和荧光团部分的化合物可以是下式(II)、(III)或(IV)之一的化合物
(II)、
(III)、
(IV)，
其中R3是氢或如上文定义的有机部分。
根据各种实施方案，荧光团部分可以是具有较大斯托克斯位移的无干扰的光稳定荧光团。其因此适合用于与受体部分（在本文中也被称为含硫的离子载体部分）共价结合。荧光团部分可选自1,2-双(2-氨基苯氧基)乙烷-N,N,N',N'-四乙酸（BAPTA）、2-(2'-吗啉基-2'-氧代乙氧基)-N,N-双(羟基羰基甲基)苯胺（MOBHA）、荧光素、罗丹明、萘二甲酰亚胺及其组合。
根据各种实施方案，其中要检测铅离子的水是饮用水、海水、池水、河水、湖水、水产养殖水（aqua culture）、废水及其组合。
根据各种实施方案，传感器层附着于其上的基底是亲水或疏水聚合物、玻璃、硅、天然纤维及其组合。基底可物理或化学附着于传感器层。
根据各种实施方案，光电转换器包括发光二极管（LED），由此光学通路经过滤光片；传感器层；随后有色玻璃滤光片和光电二极管。
光学传感通常需要复杂的光电子电路以用于传感目的。这可包括滤波器、光束准直器、光纤、激光器、分光计等。从成本、耐用性和难以小型化的角度看，这些组件使得传感器转换的利润率较低。在本文中提出传感器转换方法，其中通过排除原本对传统电路而言必需的许多常规组件，光电子系统可保持精简和成本有效。主要的改进可能来源于系统组件的布置。这可包括代替激光器的LED源、排除准直器的机械设计、代替滤光片的有色玻璃以及利用光电二极管代替分光计。该系统可将传统的光学转换系统变成更精简和有效的测量系统。这一实施方案的目的是测量来自传感器层的荧光变化，其可能与铅离子在化学传感器层上的结合事件成比例。仅在其幅度上而不在波长偏移上预期荧光发射（输出）的变化。其中以波长偏移测量荧光发射变化的现有技术实施方案描绘在图3中。由于在本公开中没有预期这种波长偏移，本机制提供了仅聚焦于发射峰值波长区域的机会，这由经过有色玻璃的光学滤波控制并因此使用通过光电二极管将荧光光子能量转换成电信号。这种机制可消除对分光计的需要，分光计是昂贵且庞大的组件。进一步借助标准电子电路，电信号可通过微处理器和软件放大和处理以显示水流中的最终铅离子浓度。
在第二个方面，提供了检测水样中的铅离子的方法(100)，所述方法包括
i) 提供用于水中的铅离子检测的化学传感器，其包括布置在光电转换器中的传感器层，所述传感器层包含具有至少一个含硫的离子载体部分和荧光团部分的化合物(105)；
ii) 测量由所述传感器层发射的荧光信号(115)；和
iii) 将所述荧光信号归结于水中的铅离子浓度(120)。
根据各种实施方案，步骤ii)可包含用光电二极管测量由所述传感器层发射的荧光信号，由此测量荧光信号幅度的变化。
在第三个方面，提供了如上所述的化学传感器用于水中的铅离子检测的用途。
实施例
实施例1: 在水中的铅离子检测过程中使用具有至少一个硫离子载体部分和萘二甲酰亚胺荧光团部分的化合物的发射荧光光谱
在室温下在去离子（DI）水中制备硝酸铅溶液。水中的游离铅离子的浓度在0-30 μg/L的范围内。在测量之间没有进行传感器再生或传感器层的预处理或后处理，表明其具有实时传感能力。结果显示在图5中。可以看出，强度与铅离子的浓度成比例，由此能够实现可检测和可靠的铅离子测量。
实施例2: 具有至少一个含硫的离子载体部分和萘二甲酰亚胺荧光团部分的化合物在10ug/L铅离子水溶液的检测过程中的pH不敏感性
在这一实施例中，测量含硫的离子载体部分和萘二甲酰亚胺荧光团部分的化学传感器在10ug/L铅离子水溶液中的pH敏感性。结果显示在图6中。可以看出，该测量在整个pH范围内几乎恒定，表明所公开的化学传感器对水样中的pH值不敏感（或仅为可忽略不计的量）。
Claims (11)
1.用于水中的铅离子检测的化学传感器，其包括布置在光电转换器中的传感器层，所述传感器层包含至少一种具有至少一个含硫的离子载体部分和荧光团部分的化合物。
2.权利要求1的化学传感器，其中所述至少一个含硫的离子载体部分包含选自硫脲、硫代酰胺、硫醚、噻吩、噻唑、硫代吗啉、-NH-C(S)-NH-NH2及其组合的官能团。
3.权利要求1或2的化学传感器，其中所述至少一个含硫的离子载体部分选自
及其组合。
4.权利要求1或2的化学传感器，其中所述至少一种具有至少一个含硫的离子载体部分和荧光团部分的化合物是下式(I)的化合物
(I)，
其中：
R1包含选自硫脲、硫代酰胺、硫醚、噻吩、噻唑、硫代吗啉、-NH-C(S)-NH-NH2及其组合的官能团；
R2选自氢、未取代的直链或支化C1-C20-烷基和R1；和
R3是氢或有机部分。
5.权利要求1、2或4的化学传感器，其中所述至少一种具有至少一个含硫的离子载体部分和荧光团部分的化合物是下式(II)、(III)或(IV)之一的化合物
(II)、
(III)、
(IV)，
其中R3是氢或有机部分.
6.权利要求1或2的化学传感器，其中所述荧光团部分选自1,2-双(2-氨基苯氧基)乙烷-N,N,N',N'-四乙酸（BAPTA）、2-(2'-吗啉基-2'-氧代乙氧基)-N,N-双(羟基羰基甲基)苯胺（MOBHA）、荧光素、罗丹明、萘二甲酰亚胺及其组合。
7.前述权利要求任一项的化学传感器，其中要检测铅离子的水是饮用水、海水、池水、河水、湖水、水产养殖水、废水及其组合。
8.前述权利要求任一项的化学传感器，其中所述光电转换器包括发光二极管（LED），由此光学通路经过滤光片；传感器层；随后有色玻璃滤光片和光电二极管。
9.检测水样中的铅离子的方法(100)，所述方法包括
i) 提供用于水中的铅离子检测的化学传感器，其包括布置在光电转换器中的传感器层，所述传感器层包含具有至少一个含硫的离子载体部分和荧光团部分的化合物(105)；
ii) 测量由所述传感器层发射的荧光信号(115)；和
iii) 将所述荧光信号归结于水中的铅离子浓度(120)。
10.权利要求8的方法(100)，其中步骤ii)包括用光电二极管测量由所述传感器层发射的荧光信号，由此测量荧光信号幅度的变化。
11.权利要求1至7任一项的化学传感器用于水中的铅离子检测的用途。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2019/086508 WO2021121613A1 (en) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | Chemo sensor with sulphur-containing ionophores |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114761796A true CN114761796A (zh) | 2022-07-15 |
| CN114761796B CN114761796B (zh) | 2024-04-12 |
Family
ID=69182476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201980103046.7A Active CN114761796B (zh) | 2019-12-20 | 2019-12-20 | 具有含硫的离子载体的化学传感器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4078170A1 (zh) |
| CN (1) | CN114761796B (zh) |
| WO (1) | WO2021121613A1 (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4257957A1 (en) * | 2022-04-07 | 2023-10-11 | Robert Bosch GmbH | Chemosensor, use thereof, and method of detecting ions |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1752750A (zh) * | 2005-09-16 | 2006-03-29 | 厦门大学 | 检测水中汞离子的化学试剂及其制备方法 |
| US20080044913A1 (en) * | 2006-08-17 | 2008-02-21 | Chang Suk Kyu | Novel 8-hydroxyquinoline acetamide compound, 8-hydroxy quinoline thioamide compound and use thereof |
| US20100041158A1 (en) * | 2007-01-26 | 2010-02-18 | Duquesne University Of The Holy Spirit | Lead sensor and methods of use |
| CN103772318A (zh) * | 2014-01-22 | 2014-05-07 | 天津希恩思生化科技有限公司 | 一种用于测定水环境中金属离子含量的有机化合物及其应用 |
| CN104447504A (zh) * | 2014-11-03 | 2015-03-25 | 北京工业大学 | 一种含咔唑基团的间苯二甲酸荧光化学传感器、制备及其应用 |
| CN105349135A (zh) * | 2015-11-14 | 2016-02-24 | 青岛科技大学 | 一种检测铅离子的荧光探针及制备方法 |
| CN108276360A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-07-13 | 青海大学 | 一种检测铅离子的新型荧光分子探针pp的合成方法 |
| CN109490260A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-03-19 | 四川大学 | 一种低背景和温度稳定的功能核酸荧光传感器及其在铅离子检测中的应用 |
| CN110003175A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-07-12 | 天津农学院 | 一种用于检测水中金属离子含量的化合物及其应用 |
-
2019
- 2019-12-20 CN CN201980103046.7A patent/CN114761796B/zh active Active
- 2019-12-20 EP EP19839335.7A patent/EP4078170A1/en active Pending
- 2019-12-20 WO PCT/EP2019/086508 patent/WO2021121613A1/en unknown
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1752750A (zh) * | 2005-09-16 | 2006-03-29 | 厦门大学 | 检测水中汞离子的化学试剂及其制备方法 |
| US20080044913A1 (en) * | 2006-08-17 | 2008-02-21 | Chang Suk Kyu | Novel 8-hydroxyquinoline acetamide compound, 8-hydroxy quinoline thioamide compound and use thereof |
| US20100041158A1 (en) * | 2007-01-26 | 2010-02-18 | Duquesne University Of The Holy Spirit | Lead sensor and methods of use |
| CN103772318A (zh) * | 2014-01-22 | 2014-05-07 | 天津希恩思生化科技有限公司 | 一种用于测定水环境中金属离子含量的有机化合物及其应用 |
| CN104447504A (zh) * | 2014-11-03 | 2015-03-25 | 北京工业大学 | 一种含咔唑基团的间苯二甲酸荧光化学传感器、制备及其应用 |
| CN105349135A (zh) * | 2015-11-14 | 2016-02-24 | 青岛科技大学 | 一种检测铅离子的荧光探针及制备方法 |
| CN108276360A (zh) * | 2018-01-19 | 2018-07-13 | 青海大学 | 一种检测铅离子的新型荧光分子探针pp的合成方法 |
| CN109490260A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-03-19 | 四川大学 | 一种低背景和温度稳定的功能核酸荧光传感器及其在铅离子检测中的应用 |
| CN110003175A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-07-12 | 天津农学院 | 一种用于检测水中金属离子含量的化合物及其应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114761796B (zh) | 2024-04-12 |
| EP4078170A1 (en) | 2022-10-26 |
| WO2021121613A1 (en) | 2021-06-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5091147B2 (ja) | 微小濃度の化学種を測定するセンサ用材料組成物及びセンサの使用方法 | |
| Moo et al. | New development of optical fibre sensor for determination of nitrate and nitrite in water | |
| Aragay et al. | Rapid and highly sensitive detection of mercury ions using a fluorescence-based paper test strip with an N-alkylaminopyrazole ligand as a receptor | |
| Zhang et al. | Simultaneous quantification of Hg2+ and MeHg+ in aqueous media with a single fluorescent probe by multiplexing in the time domain | |
| JP2009513977A5 (zh) | ||
| Razak et al. | Reflectance chemosensor based on bis-thiourea derivative as ionophore for copper (II) ion detection | |
| Yuan et al. | Recent progress in small-molecule fluorescent probes for detecting mercury ions | |
| Wang et al. | Flow-based luminescence-sensing methods for environmental water analysis | |
| CN114761796B (zh) | 具有含硫的离子载体的化学传感器 | |
| Tan et al. | Detection of glutathione with an “off–on” fluorescent biosensor based on N-acetyl-L-cysteine capped CdTe quantum dots | |
| Choi et al. | Development of sulphide-selective optode membranes based on fluorescence quenching | |
| Ghaedi et al. | Highly selective and sensitive determination of copper ion by two novel optical sensors | |
| Liu et al. | Two simple but effective turn-on benzothiazole-based fluorescent probes for detecting hydrogen sulfide in real water samples and HeLa cells | |
| Picard-Lafond et al. | Revealing the hydrolysis mechanism of a Hg2+-reactive fluorescein probe: Novel insights on thionocarbonated Dyes | |
| Gil et al. | Fluorescent determination of Hg 2+ in water and fish samples using a chemodosimeter based in a rhodamine 6G derivative and a portable fiber-optic spectrofluorimeter | |
| US8343771B2 (en) | Methods of using cyanine dyes for the detection of analytes | |
| Moldovan | Spectrophotometric determination of nitrite by its catalytic effect on the oxidation of congo red with bromate | |
| Yari et al. | Development and characterization of a new nickel (II) ion selective optode based on 2-amino-1-cyclopentene-dithiocarboxylic acid | |
| Liu et al. | Portable smartphone-integrated paper sensors for fluorescence detection of As (III) in groundwater | |
| Kavitha et al. | Spectrophotometric determination of trace amounts of arsenic in sediment, flyash and water samples | |
| Amin et al. | A novel optode for vanadium speciation: Sol–gel based optical sensor for vanadium determination | |
| Tavallali et al. | Developing fast and facile method for speciation analysis of vanadium (V/IV) ions with calmagite immobilization on triacetyl cellulose membrane in water samples | |
| Denisyuk et al. | A nanocomposite optosensor of lead ions in water | |
| Patil et al. | Synthesis of novel probe 2-chloro-6-methoxy-3-phenyl hydrazone quinoline and its application to detection of persulphate in aqueous ethanol solution by fluorescence turn on | |
| Lim et al. | Sensors and devices for heavy metal ion detection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |