CN116239530A - 一种用于检测次氯酸根及光气的荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于荧光检测技术领域，尤其涉及一种检测次氯酸根(ClO^‑)和光气（COCl₂）的荧光探针及其制备方法和应用。所述探针为7‑(二乙氨基)‑2‑氧‑1,2‑二氢喹啉‑3‑甲醛肟（简称DOQC）。3‑甲酰基‑7‑二乙氨基喹啉‑2(1H)‑酮、盐酸羟胺、溶剂、缚酸剂加入到反应瓶中，搅拌，加热至反应结束，薄层层析监测反应进程，抽滤、纯化后得到荧光探针DOQC。ClO^‑、COCl₂与探针DOQC作用后，引起其溶液荧光颜色及强度变化，该变化具有高选择性、高灵敏度的特点，为ClO^‑、COCl₂快速实际检测提高了新的方法及应用前景。

Description

一种用于检测次氯酸根及光气的荧光探针及其制备方法和 应用

技术领域

本发明属于荧光检测技术领域，具体涉及一种荧光探针及其制备方法和其在检测次氯酸根(ClO^-)及光气(COCl₂)中的应用。

背景技术

次氯酸根(ClO^-)中氯元素的化合价为+1价，是氯元素的最低价有氧酸根离子，其氧化性在氯元素的含氧酸中极强，它的盐类及其共轭酸(HClO)常被用做消毒杀菌剂和漂白剂。此外，ClO^-是免疫系统中突出的活性氧之一，在生理起着关键作用，但生物体内的ClO_-浓度的异常也影响正常的生理功能，因此实时而简易的检测手段显得尤为重要。

光气(又称碳酰氯，COCl₂)，作为易获得、高活性的酰化试剂，被广泛应用于医药、农药、塑料、染料、材料原料的生产和处理中。但COCl₂易侵害生物的呼吸系统，从而导致肺组织恶化和肺水肿，严重时可直接导致呼吸衰竭，甚至死亡。因此开发一种快速且灵敏的COCl₂检测方法在其的生产、使用、存储、运输中极具有意义。

传统检测ClO^-或COCl₂的方法有碘量滴定法、电化学法、气相色谱法等，尽管这些方法具有高选择性等特点，但是它们仍具有预处理复杂、操作繁琐等弊端。相比于传统的检测方法，荧光分析法具有预处理简单、操作方便、快速、灵敏度高等优点。目前，已报道的用于检测ClO^-或COCl₂的探针显示出良好的灵敏度和选择性，但这些探针也存在合成路线长、检测不理想等缺点。因此，开发能够克服以上不足的新型荧光探针仍具有重要意义。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种检测次氯酸根及光气的荧光探针，该探针为7-(二乙氨基)-2-氧-1,2-二氢喹啉-3-甲醛肟(DOQC)，具体结构式如下：

所述的检测氯酸根及光气荧光探针的制备方法，包括如下步骤：3-甲酰基-7-二乙氨基喹啉-2(1H)-酮、盐酸羟胺、溶剂、缚酸剂加入到反应瓶中，搅拌，加热至反应结束(薄层层析监测反应进程)，抽滤、纯化后得到荧光探针DOQC。

3-甲酰基-7-二乙氨基喹啉-2(1H)-酮和盐酸羟胺的摩尔比为1:1-50，优选摩尔比1:2。

所述的溶剂包括甲醇、乙醇、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺或异丙醇中的任意一种，优选N,N-二甲基甲酰胺。

所述的缚酸剂包括氢氧化钠或吡啶或三乙胺，优选三乙胺。

所述的加热温度为40-90℃，优选60℃。

所述的作为检测氯酸根的荧光探针，在乙醇水溶液中作为定性识别和定量检测氯酸根离子的试剂上的应用。

本发明的又一技术方案是将检测光气(COCl₂)的探针在乙腈中作为定性识别和定量检测光气(COCl₂)的试剂上的应用。

根据权利要求1所述检测次氯酸根(ClO^-)的荧光探针，在乙醇水溶液中，定性识别和定量检测次氯酸根(ClO^-)。

根据权利要求1所述检测光气(COCl₂)的荧光探针，在乙腈中，定性识别和定量检测光气(COCl₂)。

本发明有益效果：

与现有技术相比本发明的具有以下有益效果：

1.本发明的探针分子是通过二乙氨基喹啉酮醛与盐酸羟胺一步反应制备得到。该反应具有合成路线短、反应条件温和、后处理简便、收率高等优点。

2.该探针分子中含有醛肟官能团，在温和条件下，能特异、快速地与次氯酸根、光气反应生成氰基。反应前后，探针分子结构发生改变，引起探针分子溶液颜色及荧光强度变化明显，具有响应快速，以及且具有高选择性、高灵敏度、强抗干扰性等特点，可用于次氯酸根(ClO^-)及光气(COCl₂)的定性、定量检测中。

附图说明

图1为实施例1所制备的DOQC的¹H-NMR图谱。

图2为实施例1所制备的DOQC的¹³C-NMR图谱。

图3为实施例1所制备的DOQC的质谱图。

图4为实施例1所制备的DOQC在不同离子存在下的荧光发射光谱图。

图5为为实施例1所制备的DOQC在有/无ClO^-与其他各种分析物存在下DOQC的荧光强度图。

图6为实施例1所制备的DOQC与次氯酸根(ClO^-)浓度变化的荧光发射图谱a)和DOQC与次氯酸根(ClO^-)部分的浓度线性关系图b)。

图7为实施例1所制备的DOQC与次氯酸根(ClO^-)响应时荧光发射强度和时间关系图。

图8为实施例1所制备的DOQC在检测次氯酸根(ClO^-)的荧光发射强度和pH关系图。

图9为实施例1所制备的DOQC对不同分析物中对光气(COCl₂)选择的荧光发射光谱图。

图10为实施例1所制备的DOQC与光气(COCl₂)浓度变化的荧光发射图谱a)和DOQC与光气(COCl₂)部分浓度变化的线性关系图b)。

图11为实施例1所制备的DOQC与光气(COCl₂)作用的荧光强度和时间关系图。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。

实施例1

7-(二乙氨基)-2-氧-1,2-二氢喹啉-3-甲醛肟(DOQC)的制备

将3-甲酰基-7-二乙氨基喹啉-2(1H)-酮(2.36g，10.01mmol)加入50mL两口瓶中于，加入盐酸羟胺(1.39g，20.08mmol)，最后加入N,N-二甲基甲酰胺8.0mL，三乙胺2mL，将混合物在60℃下搅拌4h。反应完全后(TLC监测)，自然冷却至室温，加水20.0mL，抽滤，将所得固体利用N,N-二甲基甲酰胺/水重结晶,干燥得2.34g黄色固体，产率90％。¹H NMR(400MHz,DMSO)δ11.42(s,1H),8.13(s,1H),8.04(s,1H),7.49(d,J＝9.0Hz,1H),6.64(dd,J＝9.0,2.3Hz,1H),6.47(d,J＝2.1Hz,1H),3.40(d,J＝7.2Hz,4H),1.13(t,J＝7.0Hz,6H).¹³C NMR(101MHz,DMSO)δ161.67,149.96,144.18,141.87,134.71,117.37,109.97,109.14,94.60,44.51,12.92.

实施例1-1得黄色固体2.34g，产率90％。m.p.：151.5-152.3℃。¹H NMR(400MHz,DMSO)δ11.43(s,1H),11.00(s,1H),8.13(s,1H),8.04(s,1H),7.49(d,J＝9.0Hz,1H),6.64(dd,J＝9.0,2.3Hz,1H),6.47(d,J＝2.1Hz,1H),3.40(d,J＝7.2Hz,4H),1.13(t,J＝7.0Hz,6H).¹³C NMR(100MHz,DMSO)δ161.67,149.96,144.18,141.87,134.71,117.37,109.97,109.14,94.60,44.51,12.92.

实施例2

测试溶液的配制

(1)储备液的配制程序：

DOQC检测ClO^-：DOQC溶于DMSO中配制成1.0mmol/L的储备液，将储备液在乙醇/水(v/v，3:2)中稀释至10μmol/L用于光谱测试。以下光谱测试均在乙醇/水(v/v，3:2)体系中进行。阴离子及其他分析物的浓度为10mmol/L。配制乙醇/水(v/v，3:2)的不同pH值的溶液，用雷磁pH计进行监测。测定其荧光发射光谱(360nm为激发波长)。如上的操作，不加入待测样品溶液，即为空白试液的配制。

DOQC检测COCl₂：DOQC溶于DMSO中配制成1.0mmol/L的储备液，将储备液在乙腈中稀释至10μmol/L用于光谱测试。以下光谱测试均在乙腈体系中进行。其他分析物的浓度为10mmol/L。测定荧光发射光谱(360nm为激发波长)。如上的操作，不加入待测样品溶液，即为空白试液的配制。

(2)检测次氯酸根(ClO^-)的选择性实验：

取23份2mL乙醇/水(v/v，3:2)溶液，各加入20μL的储备液和不同的阴离子(C₅H₇O₅CO₂ ^-、F^-、Cl^-、Br^-、I^-、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-、HS^-、S^2-、SO₃ ^2-、HSO₃ ^-、S₂O₃ ^2-、SO₄ ^2-、S₂O₈ ^2-、NO₂ ^-、NO₃ ^-、CN^-、SCN^-、CH₃COO^-、HPO₄ ^2-、H₂PO₄ ^-、ClO^-及空白组)进行荧光发射光谱的测试。同样浓度的各种待测分析物分别与DOQC作用时，在荧光光谱中，空白试液及加入其他的各待测分析物的DOQC溶液在479nm处有强发射峰，但加入次氯酸根(ClO^-)后，DOQC溶液在479nm处的荧光强度显著减弱。这表明，DOQC对次氯酸根(ClO^-)的检测具有高度的特异选择性，见图4。

事实上，本申请的化合物在甲醇/水(v/v，3:2)溶液、异丙醇/水(v/v，3:2)溶液、丁醇/水(v/v，3:2)溶液、戊醇/水(v/v，3:2)溶液中同样具有上述的荧光特异选择性。本申请仅以乙醇/水(v/v，3:2)溶液为代表性进行如下试验：

(3)共存离子对次氯酸根(ClO^-)测定的影响：

为进一步考察DOQC对次氯酸根(ClO^-)检测的选择性，尝试了待测分析物与次氯酸根(ClO^-)共存时对体系荧光发射的影响，待测分析物分别为：C₅H₇O₅CO₂ ^-、F^-、Cl^-、Br^-、I^-、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-、HS^-、S^2-、SO₃ ^2-、HSO₃ ^-、S₂O₃ ^2-、SO₄ ^2-、S₂O₈ ^2-、NO₂ ^-、NO₃ ^-、CN^-、SCN^-、CH₃COO^-、HPO₄ ^2-、H₂PO₄ ^-，见图5。除不能与ClO^-共存的离子(HSO₃ ^-、S₂O₃ ^2-、SCN^-、I^-、NO₂ ^-、S^2-)存在时，其他分析物离子基本不会干扰对ClO^-的检测，但C₅H₇O₅CO₂ ^-、F^-在一定程度会干扰DOQC对ClO^-的检测。结果表明，DOQC对ClO^-的检测具有较高的抗干扰能力。

(4)检测次氯酸根(ClO^-)的滴定实验：

在荧光发射光谱，线性拟合得出检测次氯酸根(ClO^-)浓度曲线：y＝-44.28457x+4384.67714(R²＝0.9927，次氯酸根(ClO^-)的浓度范围为：70～95μM)；见图6(浓度间隔为5μM)。根据最低检出限公式(LOD＝3σ/b)计算，在荧光分光光度法中DOQC对ClO^-的检测限为：1.96×10^-8mol/L。

(5)检测次氯酸根(ClO^-)的动力学实验：

通过随时间变化的荧光光谱研究DOQC和次氯酸根(ClO^-)之间的反应动力学行为。如图7所示，向DOQC的乙醇/水(v/v，3:2)溶液中添加次氯酸根(ClO^-)后，DOQC在479nm处的荧光强度迅速淬灭，响应迅速。这种现象表明，DOQC和次氯酸根(ClO^-)之间的响应迅速可作为实时检测次氯酸根(ClO^-)的工具。因此，探针DOQC可以实时检测溶液中的次氯酸根(ClO^-)。

(6)探针检测次氯酸根对pH变化的荧光发射光谱的测试：

取2mL不同pH值的乙醇/水(v/v，3:2)溶液，加入20μL的储备液进行光谱测试，然后再加入20μL次氯酸根(ClO^-)溶液进行光谱测试。酸性环境、碱性环境中，DOQC对检测次氯酸根(ClO^-)均有影响。在中性乙醇/水(v/v，3:2)环境下，DOQC对次氯酸根(ClO^-)响应更灵敏，见图8。

(7)检测次氯酸根(ClO^-)的回收率实验：

取溪水与自来水两种水样与乙醇配制乙醇/水(v/v,3/2)，进行DOQC对ClO^-的加标回收率实验。DOQC在ClO^-浓度(70μmol/L-100μmol/L)随机取三点，通过荧光发射光谱检测并计算回收率及相对标准偏差。DOQC在实际水样中回收率在88.30％-95.81％，相对标准偏差在4％内，表明探针DOQC可应用于实际水样中的检测。见表1：

表1DOQC对不同水样中ClO^-的回收率实验

(8)检测光气(COCl₂)的选择性实验：

取7份2mL乙腈溶液，各加入20μL的储备液和不同的分析物(三氯氧磷、二氯亚砜、光气、苯甲酰氯、乙酰氯、磺酰氯)进行荧光发射光谱的测试。同样浓度的各种待测分析物分别与DOQC作用时，在荧光光谱中，空白试液及加入其他的各待测分析物的DOQC溶液在469nm处有强发射峰，但加入光气后，DOQC溶液在469nm处的荧光强度显著减弱并且蓝移至450nm。这表明，DOQC对光气的检测具有高度的特异选择性，见图9。

(9)检测光气(COCl₂)的滴定实验：

在荧光发射光谱，线性拟合得出检测光气(COCl₂)浓度曲线：y＝-22.8551x+2269.9096(R²＝0.99816，光气(COCl₂)的浓度范围为：0～75μM)；见图10(浓度间隔为5μM)。根据最低检出限公式(LOD＝3σ/b)计算，在荧光分光光度法中DOQC对ClO^-的检测限为：3.45×10^-8mol/L。

(10)检测光气(COCl₂)的动力学实验：

通过随时间变化的荧光光谱研究DOQC和光气(COCl₂)之间的反应动力学行为。如图11所示，向DOQC的乙腈溶液中添加光气(COCl₂)后，DOQC在469nm处的荧光强度在30s内迅速降低，在60s时达到稳定状态，响应迅速。这种现象表明，DOQC和光气(COCl₂)之间的响应迅速可作为实时检测光气(COCl₂)的有利检测方式。因此，探针DOQC可以实时检测环境或溶液中的存在的光气(COCl₂)。

Claims (10)

1.一种用于检测次氯酸根及光气的荧光探针，其特征在于，该探针为7-(二乙氨基)-2-氧-1,2-二氢喹啉-3-甲醛肟，命名为DOQC，结构式如下：

2.根据权利要求1所述荧光探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：3-甲酰基-7-二乙氨基喹啉-2(1H)-酮、盐酸羟胺、溶剂、缚酸剂加入到反应瓶中，搅拌，加热至反应结束，薄层层析监测反应进程，抽滤、纯化后得到荧光探针DOQC。

3.根据权利要求2所述的荧光探针的制备方法，其特征在于，3-甲酰基-7-二乙氨基喹啉-2(1H)-酮和盐酸羟胺的摩尔比为1:1-50，所述的加热温度为40-90℃；

优选的，3-甲酰基-7-二乙氨基喹啉-2(1H)-酮和盐酸羟胺的摩尔比为1:2；加热温度为60℃。

4.根据权利要求2所述的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述的溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺中的任意一种。

5.根据权利要求2所述的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述的缚酸剂包括氢氧化钠或吡啶或三乙胺。

6.根据权利要求1所述荧光探针在检测溶剂环境中的次氯酸根(ClO^-)上的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述的荧光探针在醇溶液的环境中检测次氯酸根(ClO^-)上的应用，所述的醇溶液包括但不限于C1-C5的醇溶液或C1-C5的醇的水溶液。

8.根据权利要求1所述荧光探针在检测溶剂环境光气(COCl₂)的应用。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，荧光探针在乙腈环境中或乙腈的水溶液环境中检测光气(COCl₂)的应用。

10.根据权利要求6-9任一项所述的应用，其特征在于，所述荧光探针应用于定性识别和定量检测次氯酸根(ClO^-)、或光气(COCl₂)。

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