一种基于羧基调控的汞离子比色-荧光光学探针及其制备方法

本发明属于有机化学领域和分析检测领域，涉及一种用于汞离子检测的比色-荧光光学吲哚并咔唑探针及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，汞因其毒性极强及复杂的环境行为，成为备受关注的重金属污染物之一。汞离子因其强迁移性，可以通过水、气和土壤等多种途径传播，并在生态系统内持续累积，严重威胁生态环境。同时，汞离子对人体健康危害极大，能够对神经系统、肾脏及免疫系统造成不可逆的损害，引发神经退行性疾病、认知障碍和肾功能衰竭。因此，开发灵敏度高、响应速度快且操作简便的汞离子检测技术，对于实现汞污染的早期发现和风险预警具有重要现实意义。

2、为了实现对汞离子的快速、高灵敏性、特异性识别，开发了多种检测方法包括质谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法及电化学分析法等。然而，这些检测方法存在着即时检测能力不足、分析耗时较长以及检测成本高昂等缺点，限制了它们在现实场景中的广泛应用。相比之下，基于比色-荧光传感的可视化检测技术以其操作简便、成本低廉以及快速结果读取的优势，得到了越来越多的关注。然而，目前用于可视化检测汞离子的比色-荧光探针仍面临灵敏度偏低、响应时间较长以及抗干扰能力不足等问题。此外，比色-荧光探针材料的高成本和较差的稳定性进一步阻碍了其在实际应用中的推广。因此，开发灵敏度高、响应迅速、抗干扰性强且低成本的比色-荧光探针分子，来满足汞离子检测的实际需求，已成为当前研究领域亟待解决的重要课题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种基于羧基调控的汞离子比色-荧光光学探针及其制备方法，所述比色-荧光光学探针通过将吲哚和对苯二甲酸与乙腈混合后置于反应装置中，磁力搅拌并加热至80 ℃，加入氢碘酸反应14小时，趁热抽滤所得固体并用乙腈洗涤至少三次，随后在60 ℃烘箱中干燥5小时，获得白色产物。随后将白色产物与碘单质置于圆底烧瓶中，与50 ml乙腈混合后在80 ℃下磁力搅拌反应12小时。反应结束后，再次趁热抽滤并用乙腈洗涤至少三次，在50 ℃下干燥5小时，得到所需探针6,12-二苯甲酸-吲哚并[3,2-b]咔唑（icz-cooh），为黄色粉末。该探针通过其氮原子作为反应位点，与汞离子发生特异性作用，形成n-hg键，抑制分子内电荷转移过程并改变分子表面静电势，导致icz-cooh溶液的青色荧光逐渐猝灭，同时溶液颜色由黄色褪为无色，从而实现对汞离子的比色与荧光双模检测。本发明的探针分子具有成本低廉、制备方法简便、选择性高、抗干扰能力强以及灵敏度优异等优势，适用于快速定性检测汞离子，展现出广阔的应用前景。

2、本发明所述的一种基于羧基调控的汞离子比色-荧光光学探针及其制备方法，其中探针的化学名称为6,12-二苯甲酸-吲哚并[3,2-b]咔唑（icz-cooh），其结构式为：

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4、本发明所述的一种基于羧基调控的汞离子比色-荧光光学探针及其制备方法，其特征在于，所述6,12-二苯甲酸-吲哚并[3,2-b]咔唑（icz-cooh）的制备方法按下列步骤进行：

5、a、将4-16 mmol的吲哚和4-16 mmol的对苯二甲酸与50 ml乙腈混合置于圆底烧瓶中，在磁力搅拌下加热至80 ℃；

6、b、向混合物中加入0.5-4 mmol的氢碘酸持续继续反应11-15小时后，趁热抽滤反应产物，用乙腈洗涤至少三次，将固体产物置于60 ℃的烘箱中干燥5小时，得到白色产物；

7、c、将上述白色产物（0.5–2.0 g）与碘单质（0.5 g）置于圆底烧瓶中，与50 ml乙腈混合后在继续在80 ℃下磁力搅拌反应12小时；

8、d、反应结束后，趁热抽滤混合物，用乙腈洗涤至少三次，将固体产品置于50 ℃的干燥箱中干燥5小时，最终得到所需探针6,12-二苯甲酸-吲哚并[3,2-b]咔唑（icz-cooh），呈黄色粉末状。

9、本发明所述的是一种基于羧基调控的汞离子比色-荧光光学探针及其制备方法，具体合成步骤为：

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11、本发明与现有技术相比，具有如下的优点及有益效果：

12、本发明所述的是一种基于羧基调控的汞离子比色-荧光光学探针及其制备方法，与现有检测技术相比，该比色-荧光光学探针在弱碱性条件下表现出高灵敏度、快速响应和优异特异性的优势，在检测过程中，比色-荧光光学探针6,12-二苯甲酸-吲哚并[3,2-b]咔唑（icz-cooh）中的氮原子作为汞离子的反应位点，与汞离子特异性结合形成n-hg键，阻碍分子内电荷转移过程并且改变分子表面静电势，使探针溶液的荧光发射强度随着汞离子浓度的增加显著降低，并且溶液颜色由黄色逐渐褪为无色，从而实现对汞离子的比色-荧光双模可视化检测。相较于汞离子，其他金属离子基本不会引起探针溶液的荧光或颜色变化，并且汞离子和常见的金属阳离子混合不会对汞离子的比色-荧光检测产生明显干扰。因此，该探针具有制备成本低、方法简便以及优异的选择性、抗干扰性和高灵敏度等特点，能够在实际应用中快速实现汞离子的定性检测，展现出广阔的应用前景。

1.一种基于羧基调控的汞离子比色-荧光光学探针及其制备方法，其中探针的化学名称为6,12-二苯甲酸-吲哚并[3,2-b]咔唑（icz-cooh），其结构式为：

2.根据权利要求1所述的一种基于羧基调控的汞离子比色-荧光光学探针制备方法，其特征在于按下列步骤进行如下：