用于检测Hg

用于检测hg
2+
的快速响应型高灵敏度荧光探针及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及重金属检测，具体是一种用于检测hg
2+
的快速响应型高灵敏度荧光探针及其制备方法。


背景技术：

2.汞是一种剧毒非必需元素，由于汞在生物体内不易代谢排出，随食物链具有生物富集作用，其危害具有长期性和潜伏性，危害一旦爆发，将造成长久的、难以恢复的隐患和后果，人体长期暴露于汞蒸气环境，会引起四肢发生不自主抖动、更会有易怒、激动、善忘、害羞、沮丧、口吃、胆怯、焦虑、不安、不稳定、易激动、思想不集中、记忆力减退和精神压抑等症状出现，而且胃肠道、泌尿系统、皮肤、眼睛均可出现一系列症状。急性汞中毒其症候为肝炎、肾炎、蛋白尿、血尿和尿毒症。因此，对食品及环境样品中汞含量的实时快速灵敏检测，已成为一项备受瞩目的工作，具有极其重要的科研和实际意义。
3.传统检测汞含量的方法主要通过原子荧光光谱法和原子吸收光谱法来实现，然而，这些方法均依赖于大型仪器，价格昂贵且操作复杂，需要有专业的检测人员进行操作。分子荧光探针技术具有特异性强、灵敏度高、操作简便、时空分辨能力强、膜穿透性好等特点，可进行细胞、活体组织荧光检测研究，因此，在分析检测及生物成像领域具有广阔的应用前景。
4.荧光探针分子一般由具有信号输出功能的荧光团和具有反应识别作用功能团构成，当探针分子遇到特定的离子或小分子时，功能团与识别离子发生特异性识别，进而发生从识别基团向信号输出基团的信号转换，以对识别离子进行识别检测。香豆素类化合物是荧光染料中一个重要的组成部分，它可被用作荧光染料、激光染料和光电材料等领域，是一类具有苯并吡喃结构的分子，其具有较高荧光量子产率stokes位移大、光物理和光化学性可调和光稳定性好的特点，被认为是荧光传感器分子设计中首选的荧光基团。因此，合成以香豆素为荧光母核的探针分子，并将其应用于食品及环境样品中hg
2+
检测具有广阔的应用前景。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于检测hg
2+
的快速响应型高灵敏度荧光探针及其制备方法，对hg
2+
具有检测灵敏度高、响应时间短和抗干扰性强的优点。
6.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
7.一种用于检测hg
2+
的快速响应型高灵敏度荧光探针的制备方法，包括如下步骤：
8.步骤1、取0.05～0.5g 4-(二乙氨基)-2-羟基苯甲醛和0.025～0.3g氰基乙酸乙酯加入于10ml离子液体中，加热至80～120℃并充分反应，反应结束后，加入去离子水使离子液体充分溶解，然后抽滤掉去离子水和离子液体，得到黄色固体产物7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈；
9.所述离子液体由2-羟基-n,n,n-三甲基乙基氯化铵和尿素按照质量比(1～3)：(3～1)混合而成；
10.步骤2、取0.08～0.56g 7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈和0.2～0.8g劳森试剂依次加入50～150ml甲苯中，加热至100-150℃并充分反应，然后旋蒸去除甲苯，并通过硅胶柱层析，得到7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈；
11.步骤3、取0.1～0.6g 7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈加入10ml质量分数为8～20％的naoh溶液中，加热至80℃并充分反应，待反应结束后使其自然冷却，然后滴入浓盐酸至黄色沉淀完全被析出，过滤并干燥，得到香豆素基荧光探针，其结构式如下：
[0012][0013]
进一步地，所述步骤1中反应时间为6～8h。
[0014]
进一步地，所述步骤2中反应时间为6～12h。
[0015]
进一步地，所述步骤2的硅胶柱层析采用的洗脱剂由石油醚和乙酸乙酯按照体积比为7：1混合而成。
[0016]
进一步地，所述步骤3中反应时间为4～8h。
[0017]
进一步地，所述步骤3中的干燥温度为25～80℃。
[0018]
一种用于检测hg
2+
的快速响应型高灵敏度荧光探针。
[0019]
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0020]
本发明制备的荧光探针对hg
2+
具有优异的选择性和荧光响应性能，对水溶性的含hg
2+
的溶液均表现出特异性识别能力，并且该荧光探针具有水溶性优良、检测灵敏度高、响应时间短、实验证明抗干扰性强、ph适用范围宽、检出限低和检测浓度范围广的优点，可用于食品及环境样品中hg
2+
含量的检测分析，具有较强的应用前景。
附图说明
[0021]
图1为本发明的荧光探针在etoh-h2o(5:5,v/v)溶剂中的离子选择性荧光光谱图；
[0022]
图2为本发明的荧光探针在etoh-h2o(5:5,v/v)溶剂中的抗干扰能力荧光发射光谱图；
[0023]
图3为本发明的荧光探针在etoh-h2o(5:5,v/v)溶剂中的荧光发射强度随ph的变化图；
[0024]
图4为本发明的荧光探针在etoh-h2o(5:5,v/v)溶剂中加入hg
2+
后时间响应荧光发射光谱图；
[0025]
图5为本发明的荧光探针在etoh-h2o(5:5,v/v)溶剂中的荧光强度随hg
2+
浓度的变化图；
[0026]
图6为本发明的荧光探针在etoh-h2o(5:5,v/v)溶剂中荧光强度随hg
2+
浓度的线性关系图；
[0027]
图7为本发明的荧光探针在含不同金属离子的etoh-h2o(5:5,v/v)溶液中紫外灯照片；
[0028]
图8为本发明实施例1～实施例6合成香豆素基荧光探针的路线图。
具体实施方式
[0029]
以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。
[0030]
实施例1
[0031]
步骤1、取0.2g 4-(二乙氨基)-2-羟基苯甲醛和0.15g氰基乙酸乙酯加入10ml离子液体中，加热至100℃并反应6h，反应结束后，加入去离子水使离子液体充分溶解，然后通过抽滤去除去离子水和离子液体，得到黄色固体产物7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈，其中：离子液体由2-羟基-n,n,n-三甲基乙基氯化铵和尿素按照质量比1：3混合而成；
[0032]
步骤2、取0.24g 7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈和0.5g劳森试剂依次加入50ml甲苯中，加之至110℃并反应10h，反应结束后，然后旋蒸去除甲苯，得到混合物a；将石油醚和乙酸乙酯按照体积比为7：1混合作为洗脱剂对混合物a进行硅胶柱层析，得到7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈；
[0033]
步骤3、取0.26g 7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈加入10ml质量分数为10％的naoh溶液中，加热至80℃并反应4h，自然冷却后滴入浓盐酸至黄色沉淀完全被析出，过滤并干燥，得到香豆素基荧光探针，其结构式如下：
[0034][0035]
实施例1中，7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈的产率为92％，7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈的产率为33.7％，荧光探针分子的产率为85％。
[0036]
实施例2
[0037]
步骤1、取0.05g 4-(二乙氨基)-2-羟基苯甲醛和0.25g氰基乙酸乙酯加入10ml离子液体中，加热至80℃并反应7h，反应结束后，加入去离子水使离子液体充分溶解，然后通过抽滤去除去离子水和离子液体，得到黄色固体产物7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈，其中：离子液体由2-羟基-n,n,n-三甲基乙基氯化铵和尿素按照质量比2：3混合而成；
[0038]
步骤2、取0.08g 7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈和0.2g劳森试剂依次加入70ml甲苯中，加之至120℃并反应6h，反应结束后，然后旋蒸去除甲苯，得到混合物a；将石油醚和乙酸乙酯按照体积比为7：1混合作为洗脱剂对混合物a进行硅胶柱层析，得到7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈；
[0039]
步骤3、取0.1g 7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈加入10ml质量分数为8％的naoh溶液中，加热至80℃并反应5h，自然冷却后滴入浓盐酸至黄色沉淀完全被析出，过滤并干燥，得到香豆素基荧光探针，其结构式如下：
[0040][0041]
实施例2中，7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈的产率为60％，7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈的产率为15％，荧光探针分子的产率为80％。
[0042]
实施例3
[0043]
步骤1、取0.28g 4-(二乙氨基)-2-羟基苯甲醛和0.16g氰基乙酸乙酯加入10ml离子液体中，加热至90℃并反应8h，反应结束后，加入去离子水使离子液体充分溶解，然后通
过抽滤去除去离子水和离子液体，，得到黄色固体产物7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈，其中：离子液体由2-羟基-n,n,n-三甲基乙基氯化铵和尿素按照质量比1：1混合而成；
[0044]
步骤2、取0.32g 7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈和0.3g劳森试剂依次加入90ml甲苯中，加之至100℃并反应8h，反应结束后，然后旋蒸去除甲苯，得到混合物a；将石油醚和乙酸乙酯按照体积比为7：1混合作为洗脱剂对混合物a进行硅胶柱层析，得到7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈；
[0045]
步骤3、取0.25g 7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈加入10ml质量分数为14％的naoh溶液中，加热至80℃并反应6h，自然冷却后滴入浓盐酸至黄色沉淀完全被析出，过滤并干燥，得到香豆素基荧光探针，其结构式如下：
[0046][0047]
实施例3中，7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈的产率为75％，7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈的产率为20％，荧光探针分子的产率为90％。
[0048]
实施例4
[0049]
步骤1、取0.1g 4-(二乙氨基)-2-羟基苯甲醛和0.23g氰基乙酸乙酯加入10ml离子液体中，加热至110℃并反应6h，反应结束后，加入去离子水使离子液体充分溶解，然后通过抽滤去除去离子水和离子液体，得到黄色固体产物7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈，其中：离子液体由2-羟基-n,n,n-三甲基乙基氯化铵和尿素按照质量比1：2混合而成；
[0050]
步骤2、取0.95g 7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈和0.4g劳森试剂依次加入110ml甲苯中，加之至130℃并反应9h，反应结束后，然后旋蒸去除甲苯，得到混合物a；将石油醚和乙酸乙酯按照体积比为7：1混合作为洗脱剂对混合物a进行硅胶柱层析，得到7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈；
[0051]
步骤3、取0.4g 7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈加入10ml质量分数为16％的naoh溶液中，加热至80℃并反应7h，自然冷却后滴入浓盐酸至黄色沉淀完全被析出，过滤并干燥，得到香豆素基荧光探针，其结构式如下：
[0052][0053]
实施例4中，7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈的产率为85％，7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈的产率为25％，荧光探针分子的产率为82％。
[0054]
实施例5
[0055]
步骤1、取0.35g 4-(二乙氨基)-2-羟基苯甲醛和0.3g氰基乙酸乙酯加入10ml离子液体中，加热至120℃并反应8h，反应结束后，加入去离子水使离子液体充分溶解，然后通过抽滤去除去离子水和离子液体，得到黄色固体产物7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈，其中：离子液体由2-羟基-n,n,n-三甲基乙基氯化铵和尿素按照质量比3：2混合而成；
[0056]
步骤2、取0.45g 7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈和0.6g劳森试剂依次加入130ml甲苯中，加之至140℃并反应11h，反应结束后，然后旋蒸去除甲苯，得到混合物a；将石油醚和乙酸乙酯按照体积比为7：1混合作为洗脱剂对混合物a进行硅胶柱层析，得到7-(二
乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈；
[0057]
步骤3、取0.5g 7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈加入10ml质量分数为18％的naoh溶液中，加热至80℃并反应8h，自然冷却后滴入浓盐酸至黄色沉淀完全被析出，过滤并干燥，得到香豆素基荧光探针，其结构式如下：
[0058][0059]
实施例5中，7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈的产率为95％，7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈的产率为45％，荧光探针分子的产率为95％。
[0060]
实施例6
[0061]
步骤1、取0.5g 4-(二乙氨基)-2-羟基苯甲醛和0.85g氰基乙酸乙酯加入10ml离子液体中，加热至100℃并反应7h，反应结束后，加入去离子水使离子液体充分溶解，然后通过抽滤去除去离子水和离子液体，得到黄色固体产物7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈，其中：离子液体由2-羟基-n,n,n-三甲基乙基氯化铵和尿素按照质量比3：1混合而成；
[0062]
步骤2、取0.56g 7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈和0.8g劳森试剂依次加入150ml甲苯中，加之至150℃并反应12h，反应结束后，然后旋蒸去除甲苯，得到混合物a；将石油醚和乙酸乙酯按照体积比为7：1混合作为洗脱剂对混合物a进行硅胶柱层析，得到7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈；
[0063]
步骤3、取0.6g 7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈加入10ml质量分数为20％的naoh溶液中，加热至80℃并反应4h，自然冷却后滴入浓盐酸至黄色沉淀完全被析出，过滤并干燥，得到香豆素基荧光探针，其结构式如下：
[0064][0065]
实施例6中，7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈的产率为90％，7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈的产率为30％，荧光探针分子的产率为93％。
[0066]
参见图8香豆素基荧光探针的合成路线，实施例1～实施例6制备的探针溶解于etoh-h2o(5:5,v/v)溶剂中时呈现为黄色溶液，且具有蓝绿色荧光，最佳激发和最佳发射波长分别为410nm和475nm，当向溶液中加入含hg
2+
的溶液后，探针分子上的s原子与hg
2+
发生配位效应，黄色溶液迅速变为红色悬浊液，几分钟后红色配位络合物沉淀，上清液变为无色，同时探针分子的蓝绿色荧光消失，如图7所示，加入了含hg
2+
的溶液后，含有实施例1制备的荧光探针的etoh-h2o(5:5,v/v)溶液时，荧光发生猝灭，而将其他金属离子加入含有实施例1制备的荧光探针的etoh-h2o(5:5,v/v)溶液时，荧光几乎无变化。因此，可以通过检测探针溶液与hg
2+
反应前后体系的荧光强度变化，来实现被分析物中的hg
2+
浓度和含量的目的。
[0067]
对实施例1制备的香豆素基荧光探针的各项性能测试详见实施例7～实施例12。
[0068]
实施例7
[0069]
测定实施例1制备的荧光探针的离子选择性：
[0070]
先以etoh-h2o(5:5,v/v)为溶剂，准确配置浓度为1μm的荧光探针储备溶液，再以etoh-h2o(5:5,v/v)为溶剂稀释荧光探针储备溶液，将其按需配制成若干份等体积的浓度为50nm的探针测试溶液，分别向每份探针测试溶液中加入金属离子水溶液，每份探针测试
溶液中所加入的金属离子水溶液均不相同，加入金属离子水溶液后，最终每份溶液中金属离子的摩尔浓度与探针的摩尔浓度相同，测定其在410nm激发波长下的荧光发射光谱，测定结果如图1所示，可以看出实施例1制备的荧光探针只对hg
2+
表现出明显的选择性响应，对其他金属离子均无明显响应。
[0071]
实施例8
[0072]
测定实施例1制备的荧光探针的抗干扰能力：
[0073]
先以etoh-h2o(5:5,v/v)为溶剂，按需配制成若干份等体积的浓度为50nm的荧光探针测试溶液，向每份测试溶液中分别加入5微升摩尔浓度相同的干扰金属离子溶液，接着向每份测试溶液中加入5微升hg
2+
溶液，最终得到若干份浓度相同的混合溶液b，分别测定加入hg
2+
溶液前每份测试溶液以及加入hg
2+
溶液后的每份混合溶液b在410nm激发波长下的荧光发射光谱，测定结果如图2所示，可以看出，在干扰离子存在条件下，实施例1制备的荧光探针对hg
2+
的测定基本上不受其它共存金属离子的干扰。
[0074]
实施例9
[0075]
测定实施例1制备的荧光探针在不同的ph值下的分子响应性能：
[0076]
将etoh-h2o(5:5,v/v)为溶剂准确配置若干份不同的ph值的溶液c，以溶液c为溶剂分别配置若干份等体积的浓度为50nm的探针测试溶液，再向每份探针测试溶液中加入浓度与探针测试溶液浓度相同的hg
2+
溶液，分别测定添加hg
2+
溶液前、后的测试溶液在410nm激发波长下的荧光发射强度，测定结果如图3所示，可以看出，该探针在1.5～12.1的ph值范围内对hg
2+
均具有良好的响应能力。
[0077]
实施例10
[0078]
测定实施例1制备的荧光探针的响应时间：
[0079]
以etoh-h2o(5:5,v/v)为溶剂配制50nm探针测试溶液，向探针溶液中加入3倍于探针浓度的hg
2+
溶液，分别间隔一定时间测定溶液在410nm激发波长下的荧光发射光谱，测定结果如图4所示，可以看出，添加hg
2+
溶液2min后荧光强度值迅速降至最低值且趋于稳定，故而，实施例1制备的荧光探针经过2min可实现hg
2+
的准确测定。
[0080]
实施例11
[0081]
测定实施例1制备的荧光探针的滴定和检测范围：
[0082]
以etoh-h2o(5:5,v/v)为溶剂配制若干份浓度为50nm的探针测试溶液，向每份探针测试溶液中分别加入hg
2+
溶液使混合后的体系溶液浓度在0-30nm内，测定其在410nm激发波长下的荧光发射光谱，测定结果如图5所示，可以看出，实施例1制备的探针荧光发射强度随hg
2+
浓度的增加而逐渐降低，测定结果如图6所示，当混合溶液中hg
2+
浓度在0～1.0nmol
·
l-1
的范围内时，表现出明显的线性关系(r2＝0.9984)，hg
2+
检出限浓度为0.008nmol
·
l-1
。
[0083]
实施例12
[0084]
使用实施例1制备的荧光探针对实际样品及加标回收样品进行测定：
[0085]
以etoh-h2o(5:5,v/v)为溶剂配制若干份浓度为50nm探针测试溶液，将大米和地表水用经硝酸消解并用超纯水定容得到实际样品d和e，并分别配制实际样品d和e的加标回收样品，将实际样品d和e以及它们的加标回收样品分别加入探针测试溶液中，测定探针测试溶液在410nm激发波长下的荧光发射光谱，通过配制系列浓度汞离子溶液建立标准曲线，
测定结果如表1所示，可以看出，荧光探针测定结果与原子荧光法测定结果相近，且荧光探针的加标回收率在102.2％～111.5％范围内，满足食品及环境检测要求。
[0086]
表1实施例1制备的荧光探针对实际样品汞含量测定及加标回收实验结果
[0087][0088]
注：nd＝not detected。

技术特征：
1.一种用于检测hg
2+
的快速响应型高灵敏度荧光探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、取0.05～0.5g 4-(二乙氨基)-2-羟基苯甲醛和0.025～0.3g氰基乙酸乙酯加入于10ml离子液体中，加热至80～120℃并充分反应，反应结束后，加入去离子水使离子液体充分溶解，然后抽滤掉去离子水和离子液体，得到黄色固体产物7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈；所述离子液体由2-羟基-n,n,n-三甲基乙基氯化铵和尿素按照质量比(1～3)：(3～1)混合而成；步骤2、取0.08～0.56g 7-(二乙氨基)-2-氧代-2h-铬烯-3-腈和0.2～0.8g劳森试剂依次加入50～150ml甲苯中，加热至100-150℃并充分反应，然后旋蒸去除甲苯，并通过硅胶柱层析，得到7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈；步骤3、取0.1～0.6g 7-(二乙氨基)-2-硫代-2h-铬烯-3-腈加入10ml质量分数为8～20％的naoh溶液中，加热至80℃并充分反应，待反应结束后使其自然冷却，然后滴入浓盐酸至黄色沉淀完全被析出，过滤并干燥，得到香豆素基荧光探针，其结构式如下：2.根据权利要求1所述的用于检测hg
2+
的快速响应型高灵敏度荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤1中反应时间为6～8h。3.根据权利要求1所述的用于检测hg
2+
的快速响应型高灵敏度荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤2中反应时间为6～12h。4.根据权利要求1所述的用于检测hg
2+
的快速响应型高灵敏度荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤2的硅胶柱层析采用的洗脱剂由石油醚和乙酸乙酯按照体积比为7：1混合而成。5.根据权利要求1所述的用于检测hg
2+
的快速响应型高灵敏度荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤3中反应时间为4～8h。6.根据权利要求1所述的用于检测hg
2+
的快速响应型高灵敏度荧光探针的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的干燥温度为25～80℃。7.一种如权利要求1～6任一项所述方法制备的用于检测hg
2+
的快速响应型高灵敏度荧光探针。

技术总结
本发明公开了一种用于检测Hg


技术研发人员：马思悦 李超 马养民
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/8/21