一种用于检测Al

一种用于检测al
3
的荧光探针及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于荧光探针领域，特别涉及一种用于检测al
3
的荧光探针及其制备方法和应用。


背景技术：

2.铝作为地壳中含量最多的金属，具有含量丰富、延展性好、抗腐蚀性强等优点,已被广泛应用于工程材料、食品添加剂、饮用水净化、医疗设备等领域。但过量的铝会致使土壤酸化，影响植物的生长，对水生生物也有巨大的威胁，会抑制其生长发育。大量al
3
在人体内积累时，会破坏人的中枢神经系统和免疫系统，引起红细胞低色性贫血，抑制体内各种酶的活性，加速人的衰老，从而诱发肌肉萎缩、骨软化、帕金森病、阿尔兹海默病等各种疾病。因此，对于环境和生物体内铝离子的监测尤为重要。目前，相对于一些传统的al
3
的检测手段，如电化学检测法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法等，荧光传感器因其制备简单、选择性高、重复性好、瞬时响应等优点而受到人们的广泛青睐。
3.一个优异的荧光探针，荧光基团和受体基团的作用缺一不可。席夫碱因其超强的金属配位能力，已被广泛地应用于金属阳离子荧光探针的受体基团。杯芳烃作为一种超分子大环结构，其上、下边缘具有功能化修饰和可调节的多样性，且空腔与金属离子之间存在阳离子
···
π超分子作用，也被广泛应用于金属离子的识别领域。本发明将席夫碱嫁接到杯[4]芳烃的上沿，充分发挥两者的协同作用，进一步增强探针对金属离的识别的灵敏性和稳定性，制备出一种用于检测al
3
的荧光探针，其结构和性能目前尚未见报道。


技术实现要素：

[0004]
本发明在于克服现有检测al
3
的分析方法上的不足，提供一种合成简单、选择性好、能快速检测al
3
的荧光探针，并提供荧光探针的制备方法。
[0005]
本发明荧光探针分子结构式如下所示：
[0006][0007]
本发明用于检测al
3
荧光探针的制备方法，其合成路线如下：
[0008][0009]
上述荧光探针的具体制备方法包括以下步骤:
[0010]
(1)将25,26,27,28-四羟基杯[4]芳烃溶于n,n-二甲基甲酰胺中，加入6当量质量分数60％氢化钠，室温下搅拌至无气泡，然后加入4当量1-碘丙烷，在55℃下搅拌反应，反应结束后加入甲醇中和，再加入二氯甲烷和稀盐酸，分液，有机相用饱和食盐水洗涤，干燥，旋转蒸除去大部分有机溶剂，加入甲醇，静置，抽滤，干燥后得到四丙基醚化产物；
[0011]
(2)将步骤(1)得到的四丙基醚化产物加入二氯甲烷中，加入适量的冰醋酸，再将冰醋酸和质量分数65％硝酸的混合液(v:v＝5:2)缓慢滴加入其中。室温条件下搅拌反应，反应结束后，加水淬灭，分液，有机相用水洗至中性，干燥后经柱层析得到四丙基醚化二硝化产物；
[0012]
(3)将步骤(2)得到的四丙基醚化二硝化产物加入甲醇中，加入15当量氯化亚锡二水合物，加热回流反应，反应结束后将混合物倒入质量分数10％氨水溶液中，加入二氯甲烷进行萃取，有机相用水洗涤，去除溶剂干燥后得到四丙基醚化二氨基产物；
[0013]
(4)将步骤(3)得到四丙基醚化二氨基产物与2当量水杨醛加入甲醇中，加热回流反应，反应结束后冷却至室温，过滤，固体用冷甲醇洗涤，烘干，即可得到荧光探针产物l；
[0014]
步骤(2)所述的冰醋酸和质量分数65％硝酸的体积比例为2:1～5:1，最佳体积比例为5:2。
[0015]
步骤(3)所述的四丙基醚化二硝化产物与氯化亚锡二水合物的摩尔比为1:10～1:20，最佳摩尔比为1:15；
[0016]
上述制得的杯[4]席夫碱荧光探针可采用荧光增强法检测al
3
，具体的检测方法为：
[0017]
用dmso配制浓度为1
×
10-3
mol/l的荧光探针分子母液，取250ul加入10ml容量瓶中，然后依次在各个容量瓶中加入0～2
×
10-4
mol/lal
3
水溶液后用乙醇定容到10ml，摇匀，静置，用荧光分光光度计，以390nm为激发波长，狭缝5/5nm，478nm为发射波长测试荧光强度，测试得到相对应的荧光强度。
[0018]
本发明的有益效果如下：
[0019]
本发明提供了一种可用于分析以及定量检测al
3
的荧光探针。该探针在对al
3
识别过程中，荧光发生显著的增强现象，有利于对al
3
进行定量检测，本发明采用的荧光增强检测方法具有灵敏度高、选择性好、检测方法简单、成本低等特点。
[0020]
(1)该荧光探针对al
3
有较好的选择性和抗干扰性，ba
2
，fe
3
，ce
2
，na

，mg
2
，mn
2
，ag

，ca
2
，cr
3
，cu
2
，cd
2
，zr
4
，k

，fe
2
，li

，ni
2
，nh
4
，zn
2
，sr
2
，pd
2
和co
2
等离子对al
3
的检测影响不大；在ph为8环境下，溶液的荧光强度与al
3
的浓度在2.0
×
10-5
m到1.4
×
10-4
m范围内呈线性关系，表现出较高的灵敏度，探针l与al
3
的结合常数和lod分别为2.6
×
10
10
m-1
和4.36
×
10-7
m。
[0021]
(2)本发明的荧光探针制备过程较为简单，制备条件容易控制，通过简单的后处理就能够得到该探针。
附图说明
[0022]
图1为本发明实施例6中荧光探针分子对al
3
的选择性识别；横坐标为波长(nm)，纵坐标为荧光强度。
[0023]
图2为本发明实施例7中荧光探针分子对不同金属离子的抗干扰性；横坐标为不同离子添加情况，纵坐标为荧光强度。
[0024]
图3为本发明实施例8中荧光探针分子荧光强度与ph变化关系；横坐标为ph值，纵坐标为荧光强度。
[0025]
图4为本发明实施例9中荧光探针分子荧光强度与时间变化关系；横坐标为时间，纵坐标为荧光强度。
[0026]
图5为本发明实施例10中荧光探针分子荧光强度与al
3
浓度的线性关系；横坐标为al
3
浓度，纵坐标为荧光强度。
[0027]
图6为本发明实施例11中荧光探针分子与al
3
的荧光滴定图，其中，横坐标为波长，纵坐标为荧光强度。
具体实施方式
[0028]
以下结合实施例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
[0029]
实施例1
[0030]
荧光探针的合成：
[0031]
(1)向500ml圆底烧瓶中加入4.24g25,26,27,28-四羟基杯[4]芳烃和2.40g质量分数60％的氢化钠，然后加入100mln,n-二甲基甲酰胺，室温下搅拌至没有气泡产生，再一次性加入3.90ml1-碘丙烷，55℃下搅拌2h。加入15ml甲醇中和nah，加入40ml二氯甲烷和40ml稀盐酸溶液(20％，v/v)，分液，有机相用饱和食盐水洗至中性，干燥，旋转蒸发大部分有机溶剂，一边搅拌一边加入甲醇，直至固体析出，静置30min，抽滤，干燥后得到四丙基醚化产物2，收率为71.8％，纯度99.7％(lc)；
[0032]
(2)称取3.55g四丙基醚化产物2加入50ml二氯甲烷中，加入10ml的冰醋酸，再将10ml冰醋酸和4ml质量分数65％硝酸的混合液缓慢滴加入其中。室温条件下搅拌反应，反应结束后，加水淬灭，分液，有机相用水洗至中性，干燥后浓缩，经柱层析得到四丙基醚化二硝
化产物3，收率为20.3％，纯度为99.1％(lc)；
[0033]
(3)称取341mg四丙基醚化二硝化产物3加入15ml甲醇中，加入1.69g氯化亚锡二水合物，加热回流反应，反应结束后将混合物倒入质量分数10％氨水溶液中，加入20ml二氯甲烷进行萃取，有机相用40ml水洗涤，去除溶剂干燥后得到四丙基醚化二氨基产物4，收率为85.2％，纯度98.9％(lc)；
[0034]
(4)称取249mg四丙基醚化二氨基产物4与42ul水杨醛加入8ml甲醇中，加热回流反应，反应结束后冷却至室温，过滤，固体用冷甲醇洗涤，烘干，即可得到杯[4]席夫碱化合物，收率为62.7％，纯度99.8％(lc)。
[0035]1hnmr(300mhz,cdcl3):δ＝13.50(t,2h),8.30(t,2h),7.34～7.29(m,4h),6.99～6.87(m,4h),6.64～6.51(m,10h),4.52～4.44(m,4h),3.91～3.82(m,8h),3.24～3.15(m,4h),1.99～1.86(m,8h),1.04～0.97(m,12h).
13
cnmr(75mhz,cdcl3):δ＝161.03,160.75,156.64,156,14,142.45,136.45,135.81,135.29,134.68,132.52,131.88,128.39,128.11,122.07,121.08,120.07,119.38,118.87,117.11,31.15,23.30,23.27,10.38.
[0036]
实施例2
[0037]
参照实施例1的方法，步骤(2)10ml冰醋酸和2ml质量分数65％硝酸参与反应，目标产物的收率为12.7％，纯度98.2％(lc)；
[0038]
实施例3
[0039]
参照实施例1的方法，步骤(2)10ml冰醋酸和5ml质量分数65％硝酸参与反应，目标产物的收率为19.5％，纯度98.9％(lc)；
[0040]
实施例4
[0041]
参照实施例1的方法，步骤(3)改为10当量氯化亚锡二水合物参与反应，目标产物的收率为70.2％，纯度98.3％(lc)；
[0042]
实施例5
[0043]
参照实施例1的方法，步骤(3)改为20当量氯化亚锡二水合物参与反应，目标产物的收率为84.6％，纯度98.8％(lc)；
[0044]
实施例6
[0045]
实施例1获得的荧光探针对al
3
荧光检测的选择性。
[0046]
用dmso配制浓度为1
×
10-3
mol/l的荧光探针分子母液，取250ul加入10ml容量瓶中，用乙醇定容至10ml，配制成浓度为5
×
10-5
mol/l的荧光探针溶液，待用。金属离子(ba
2
，fe
3
，ce
2
，na

，pd
2
，mg
2
，mn
2
，ag

，ca
2
，cr
3
，cu
2
，cd
2
，zr
4
，k

，fe
2
，li

，ni
2
，nh
4
，zn
2
，sr
2
，co
2
)用水作为溶剂，移至10ml容量瓶中并定容，得到浓度为0.2mol/l的金属离子溶液。将30当量的各种离子溶液加入到5
×
10-5
mol/l的荧光探针溶液中，以波长为390nm的激发光检测探针子对不同阳离子的响应，其测定结果如图1所示。
[0047]
从图1的结果中可以发现，只有al
3
可使荧光探针的荧光明显增强，而加入其它金属离子诸如:ba
2
，fe
3
，ce
2
，na

，pd
2
，mg
2
，mn
2
，ag

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2
，cr
3
，cu
2
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2
，zr
4
，k

，fe
2
，li

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2
，nh
4
，zn
2
，sr
2
，co
2
的时候，荧光基本没有变化。该结果表明：该荧光探针对al
3
有较高的选择性和灵敏度。
[0048]
实施例7
[0049]
其他离子对实施例1所获得的荧光探针检测al
3
的干扰实验。
[0050]
离子抗干扰实验是对离子能够作为荧光探针的重要的性能指标，通过离子干扰实验可以研究探针对金属离子的选择性和灵敏度。
[0051]
取21个10ml容量瓶分别标记1-21(1号为浓度为5
×
10-5
mol/l主体分子溶液)。分别加入8ml的主体和2mltris-hcl缓冲液，然后再分别加入配制好的金属离子(ba
2
，fe
3
，ce
2
，na

，mg
2
，mn
2
，ag

，ca
2
，cr
3
，cu
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2
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4
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，fe
2
，li

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2
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4
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2
，zn
2
，sr
2
，co
2
)溶液50ul，混合均匀后，在ex＝420nm，扫描电压620v的条件下，进行荧光光谱测试。测试结束后，再分别加入30ulal
3
溶液，混合均匀后，再次在同等测试条件下进行荧光光谱测试。
[0052]
从图2可以看出，当有不同的金属离子共存时，对杯[4]席夫碱探针识别al
3
的影响很小，说明该荧光探针对al
3
具有很好的选择性识别能力和较高的抗干扰能力。
[0053]
实施例8
[0054]
ph对实施例1获得的荧光探针检测al
3
的影响。
[0055]
使用微量进样器移取1mhcl溶液或1mnaoh溶液加入探针溶液中，以此来调节探针溶液中的ph，控制其加入量小于待测总体积的3％，通过ph计来确定其ph值，加入过量的al
3
后，测定ph从1～14下的体系的荧光光谱。图3结果可以看出，当体系成酸性的时候，随着ph的升高，荧光强度也随着升高。ph为8时，荧光强度达到最大，从而可以判断在中性及弱碱性环境下，该探针均可很好地识别al
3
。
[0056]
实施例9
[0057]
反应时间对实施例1获得的荧光探针检测al
3
的影响。
[0058]
将al
3
加入到5
×
10-5
mol/l荧光探针乙醇溶液中，间隔5min进行一次荧光测试。图4结果表明探针与al
3
的反应在1h内就能完成，识别体系达到平衡。
[0059]
实施例10
[0060]
实施例1中获得的荧光探针分子的荧光强度与al
3
浓度的线性关系。
[0061]
在ph＝8条件下，取不同低浓度的al
3
，用荧光光谱仪得到一条工作曲线，图5结果显示溶液的荧光强度与al
3
浓度在2.0
×
10-5
～1.4
×
10-4
m范围内呈线性关系(r2＝0.9930)，检测的lod为4.36
×
10-7
m。
[0062]
实施例11
[0063]
探针分子与al
3
的荧光滴定。
[0064]
为了进一步研究主客体之间的络合性质，如图6所示，在乙醇中进行荧光滴定实验，当激发波长为390nm时，探针分子自身具有较强的荧光，通过在探针分子的乙醇中加入不同浓度的al
3
，随着al
3
的浓度不断增加，478nm处的荧光发射强度逐渐增强。探针l与al
3
的结合常数为2.6
×
10
10
m-1
。