一种检测全氟辛烷磺酸的荧光探针及其制备方法和应用

本发明涉及一种荧光探针，具体涉及一种由三苯胺、苯并噻唑和吡啶构筑的有机小分子荧光探针，还涉及其制备方法和在荧光检测pfos中的应用，属于环境检测。

背景技术：

1、全氟辛烷磺酸（pfos）作为全氟和多氟烷基物质（pfas）的典型代表，是一类具有高化学稳定性、耐高温、疏水疏油等特性的人工合成化合物，自20世纪中叶起被广泛应用于纺织、消防、电镀、食品包装等众多工业领域和日常生活用品中。然而，pfos具有极强的环境持久性，其碳-氟键键能高达485kj/mol，在自然环境中难以通过光降解、生物降解等常规方式分解，因此被称为“永久化学物质”。随着生产、使用和废弃过程中的迁移扩散，pfos已在全球范围内的土壤、水体、大气甚至极地冰雪中被广泛检出，形成了全方位的环境污染格局。更值得警惕的是，pfos具有显著的生物累积性和生物放大效应，可通过饮水、饮食、呼吸等多种途径进入人体，在血液、肝脏、肾脏等组织中长期蓄积，且其浓度会随着食物链营养级的升高而逐级递增。

2、大量毒理学研究和流行病学调查证实，pfos对生态环境和人类健康构成严重威胁。对水生生物而言，低浓度pfos暴露即可导致鱼类繁殖能力下降、胚胎发育畸形、免疫功能紊乱等一系列不良效应，破坏水生生态系统的平衡与稳定；对人类而言，长期暴露于pfos与多种疾病的发生发展密切相关，包括内分泌紊乱、生殖发育障碍、心血管疾病风险增加，甚至可能诱发肝癌、肾癌等恶性肿瘤，同时还会对儿童的智力发育和生长发育造成不可逆的影响。鉴于pfos的高危害性，目前已经被严格控制对pfos的生产、使用和排放实施严格限制。准确、快速、灵敏地检测环境介质和生物样本中的pfos，是开展污染溯源、风险评估和管控治理的前提与核心。目前，pfos的检测方法主要包括高效液相色谱-质谱联用法（hplc-ms/ms）、气相色谱-质谱联用法（gc-ms）等仪器分析方法。这些方法具有检测灵敏度高、定性定量准确等优点，但存在仪器设备昂贵、操作流程复杂、样品预处理繁琐、检测周期长、需要专业技术人员操作等局限性，难以满足现场快速检测、大规模筛查和实时监测的实际需求。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的缺陷，本发明旨在对现有的pfos检测方法作出改进，获得以高灵敏度、便携可观的检测探针和相应的检测方法。

2、针对现有技术中用于检测pfos的荧光探针存在的不足，本发明的第一个目的是在于提供一种荧光探针，其具有优异的荧光性质，抗干扰性强，稳定性好，能精准识别pfos，发出强烈的荧光信号，可以实现对pfos的定量检测，为样品中残留的全氟物质分析检测提供有效方法的分子探针。

3、本发明的第二个目的是在于提供一种荧光探针的制备方法，该制备方法操作简单、流程短、条件温和，有利于扩大生产。

4、本发明的第三个目的是在于提供一种荧光探针的应用，将该荧光探针用于溶液体系中pfos残留的检测，其可以特异性识别pfos，且荧光探针与pfos作用形成结合体，在自然光的照射下，不同浓度的pfos可以出现肉眼可辨的颜色变化，而在紫外灯的照射下，不同浓度的pfos能够呈现出强烈的红色荧光开启现象，均可以实现pfos的定性或定量分析，为检测全氟残留物的观测提供了极大的便利。

5、为了实现上述技术目的，本发明提供了一种荧光探针，其具有式1结构：

6、

7、式1。

8、本发明的荧光探针具有特殊的分子结构，其选取了光稳定性、强共轭性结构、高荧光量子产率和大斯托克斯位移的三苯胺母体作为荧光输出单元，而在三苯胺上引入了苯并噻唑和吡啶结构相互作用，构建出基于aie效应的开启型荧光响应。该荧光探针通过在三苯胺单元上增加多个氮正离子，以改变了荧光探针分子的整体水溶性，有利于其应用于水环境中，而在三苯胺单元上引入苯并噻唑，可以扩大共轭体系，通过在更大的供体-受体分子中转移电荷带来更有效的发射行为。本发明的探针在稀溶液中会快速内旋转以导致激发态能量以非辐射跃迁的形式耗散，使分子只表现出微弱的荧光。而与pfos通过静电吸引结合后，在形成复合物的聚集态下，分子堆积作用会限制分子内旋转与分子内运动，有效抑制非辐射跃迁，促使激发态能量以辐射跃迁的形式释放，同时，由于pfos长链具有疏水性，与探针结合后会形成疏水胶束，疏水作用可为分子聚集提供热力学助力，从而在728nm处荧光开启。

9、本发明的荧光探针（式1）中平衡阴离子为溴。

10、本发明还提供了一种荧光探针的制备方法，其包括以下步骤：

11、步骤一：4-硼酸三苯胺和4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑进行suzuki偶联反应，得到中间体1；

12、步骤二：所述中间体1与吡啶-4-硼酸进行suzuki偶联反应，得到中间体2；

13、步骤三：所述中间体2与（3-溴丙基）三甲基溴化铵进行取代反应，即得；

14、其中，

15、中间体1结构式为：；

16、中间体2结构式为：。

17、作为一个优选的方案，步骤一中，所述suzuki偶联反应的条件为：以k2co3和四（三苯基膦）钯为催化剂，以四氢呋喃与水为溶剂，在氮气保护下，于65~75℃温度下，反应8~12h。k2co3作为碱性催化剂，其可以活化苯环氢以及中和反应产生的酸性物质。所述溶剂由四氢呋喃和水按照体积比5~15:1组成，优选的溶剂体系有利于改善原料和溶解性，提高反应效率。4-硼酸三苯胺和4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑物质的量比优选为1:1。

18、作为一个优选的方案，步骤二中，所述suzuki偶联反应的条件为：以k2co3和四（三苯基膦）钯为催化剂，以四氢呋喃与水为溶剂，在氮气保护下，于65~75℃温度下，反应8~12h。k2co3作为碱性催化剂，其可以活化苯环氢以及中和反应产生的酸性物质。所述溶剂由四氢呋喃和水按照体积比5~15:1组成，优选的溶剂体系有利于改善原料和溶解性，提高反应效率。吡啶-4-硼酸和4-(7-溴苯并[c][1,2,5]噻二唑-4-基)-n,n-二苯基苯胺物质的量比优选为1:1。

19、作为一个优选的方案，所述取代反应的条件为：以乙腈为溶剂，在氮气保护下，在70~90℃温度下，反应10~12h。所述取代反应过程中中间体2和（3-溴丙基）三甲基溴化铵物质的量比优选为1:1.5~2。反应温度进一步优选为80~85℃。

20、本发明还提供了一种荧光探针的应用，将其应用于pfos的荧光检测。本发明的荧光探针对pfos具有高选择性、高灵敏识别，且荧光信号变化明显，能够实现对pfos的定量检测。

21、作为一个优选的方案，所述应该探针应用于复杂溶液体系中pfos的定性和定量检测；所述复杂溶液体系中包含na+、k+、ca2+、zn2+、mg2+、f-、i-、so32-、co32-、so42-、hco3-、cl-、no2-、no3-、pfo、pfba、fbsa、pfoa中至少一种杂质。本发明的荧光探针对pfos具有选择性识别作用，特异性强，如常见的离子和小分子物质以及其他全氟类物质并不影响荧光探针的信号比值变化。

22、相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果：

23、本发明的荧光探针不但具有稳定且优异的荧光性能，而且能够高选择性识别pfos，可以实现对pfos的定量检测，为环境污染监测领域提供有效、便携、肉眼可观的荧光检测分子探针。

24、本发明的荧光探针的水溶性较好，有利于其在水溶液中的溶解分散，可以实现在水溶液中样本的检测。

25、本发明的荧光探针可以实现pfos的定量检测，且选择性强，一般的离子和小分子都不影响荧光探针的荧光性能和对pfos的选择性识别作用。

26、本发明的荧光探针的制备方法操作简单、流程短、条件温和，成本低廉，有利于扩大生产。