一种芘基衍生物用于硝基芳烃类污染物的检测方法

1.本发明属于发光材料检测技术领域，涉及一种芘基衍生物用于硝基芳烃类污染物(邻硝基苯胺)的检测方法。


背景技术：

2.随着科学技术进步及社会的发展，国家安全和环境保护问题越来越引起人们重视，硝基芳香族化合物是与人类活动相关的环境污染物。这类化合物的一个重要化合物是硝基苯胺(na)。na是一种极其重要的原料化学品，在各种化学产品的合成中具有不可替代的地位，包括各种有机染料、农药、药物、抗老化剂、光稳定剂、抗氧化剂和显像剂。然而，na的毒性与三硝基甲苯(tnt)和三硝基苯酚(tnp)相当，可以作为工业废物直接排放到环境中，也可以作为除草剂和农药的分解产物间接排放。同时由于na具有很强的吸电子基团，在环境中的生物可降解性较差，此外，na存在于自然界中，极易渗透到土壤中，污染地下水。研究表明na可引起dna损伤，在致突变性试验中呈阳性反应。因此，采用高灵敏度、高选择性的传感器对na进行快速有效的检测，是事关国土安全、环境保护和人道主义关切的迫切问题。目前，na的测定采用了多种方法，包括毛细管区带电泳和发光分析方法。然而，以往报道的这些方法都存在合成工艺复杂、耗时和操作成本高的局限性。所以对硝基芳烃类污染物的检测识别迫切需要一种高效、简便、快速、准确的方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，合成了一类芘基四取代烷基苯基类化合物，并且提供一种新的能够识别硝基芳烃类污染物中的邻硝基苯胺的方法，该类化合物在发光材料和检测领域具有较大的应用潜力。
4.硝基芳烃类污染物的检测方法包括以下步骤：
5.(1)分别将四(4-烷基苯基)芘中n＝1的四(4-丁基烷基)芘、n＝2的四(4-戊基烷基)芘、n＝3的四(4-己基烷基)芘的固体粉末，配制成浓度为1
×
10-3
mol/l的母液，母液的总体积为5ml，标记为母液ⅰ、母液ⅱ、母液ⅲ。
6.(2)将母液ⅰ每次取30μl分别加入到编号为1-11的比色皿中，作为11组比色皿中荧光基底溶液。
7.(3)将浓度为1
×
10-2
mol/l的邻硝基苯胺的二氯甲烷溶液作为邻硝基苯胺标准溶液，加入步骤(2)的1-11号比色皿中，1号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为0μl，2号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为60μl，3号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为120μl，以此类推，在每个比色皿中随着编号增加邻硝基苯胺标准溶液的体积，每添加一次邻硝基苯胺标准溶液之后，在对应比色皿加入相应体积的溶剂，使比色皿中混合溶液的总体积为3ml，形成2
×
10-4
mol/l的等差浓度梯度。摇晃均匀后将比色皿置于荧光分光光度计之中，激发其发射光谱，得出添加邻硝基苯胺标准溶液之后每组比色皿中混合溶液的光谱曲线，读取添加邻硝基苯胺标准溶液之后每组比色皿中混合溶液所对应发射光谱峰值。
8.(4)将母液ⅱ、母液ⅲ分别按照步骤(2)和(3)的操作方法，分别得到添加邻硝基苯胺标准溶液之后每组比色皿中混合溶液的光谱曲线，读取添加邻硝基苯胺标准溶液之后每组比色皿中混合溶液所对应发射光谱峰值。
9.(5)根据步骤(3)和步骤(4)所得到的四(4-丁基烷基)芘、四(4-戊基烷基)芘、四(4-己基烷基)芘在添加邻硝基苯胺标准溶液之后每组比色皿中混合溶液的光谱曲线绘制荧光淬灭曲线图，将发射波长作为x轴，波长区间对应的11组荧光强度坐标作为y轴，绘制在二维坐标的折线图中。
10.(6)根据步骤(3)和步骤(4)所得到的四(4-丁基烷基)芘、四(4-戊基烷基)芘、四(4-己基烷基)芘在添加邻硝基苯胺标准溶液之后每组比色皿中混合溶液所对应发射光谱峰值，1号比色皿的发射光谱峰值为i0，分别计算三种荧光物质添加邻硝基苯胺标准溶液之后的淬灭倍数w，计算方法为：
11.w＝i0/iiꢀꢀꢀ
(1)
12.式中：i为添加邻硝基苯胺标准溶液之后的2-11号比色皿。
13.(7)根据步骤(3)、步骤(4)所得荧光光谱峰值数据，步骤(6)中的计算方法，计算出待测硝基芳烃类污染物(邻硝基苯胺)存在时三种芘基荧光物的淬灭倍数w，淬灭倍数w为纵轴，浓度梯度为横轴，将其显示在二维柱状图坐标中。
14.本发明的硝基芳烃类污染物的检测方法利用不同长度(丁基、戊基、己基)的烷基链修饰的芘基衍生物配制的荧光基底溶液，三种化合物就有相近的荧光发射波长，根据resonance energy transfer(fret)福斯特荧光共振能量转移原理，邻硝基苯胺的紫外吸收带与三种化合物的荧光发射带有较大重叠，加入邻硝基苯胺标准溶液后会造成荧光基底溶液一定程度的荧光淬灭，对淬灭响应结果进一步的分析，得到三种化合物的荧光淬灭曲线与淬灭倍数w，进而可以达到检测出硝基芳烃类污染物中含有邻硝基苯胺的目的，为硝基芳烃类污染物中含有邻硝基苯胺提供可能；本发明的检测方法对于邻硝基苯胺化合物有较好的响应，淬灭倍数也比较高。
附图说明
15.图1是邻硝基苯胺溶液(1
×
10-5
mol/l，二氯甲烷中)的紫外吸收光谱图与三种化合物(1
×
10-7
mol/l，二氯甲烷中)的荧光发射光谱图。
16.图2是不同浓度梯度的邻硝基苯胺与四(4-丁基苯基)芘的混合溶液的荧光淬灭曲线图。
17.图3是不同浓度梯度的邻硝基苯胺与四(4-戊基苯基)芘的混合溶液的荧光淬灭曲线图。
18.图4是不同浓度梯度的邻硝基苯胺与四(4-己基苯基)芘的混合溶液的荧光淬灭曲线图。
19.图5是不同浓度梯度的邻硝基苯胺与四(4-丁基苯基)芘的混合溶液的荧光淬灭倍数图。
20.图6是不同浓度梯度的邻硝基苯胺与四(4-戊基苯基)芘的混合溶液的荧光淬灭倍数图。
21.图7是不同浓度梯度的邻硝基苯胺与四(4-己基苯基)芘的混合溶液的荧光淬灭倍
数图。
具体实施方式
22.现结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案作进一步说明。以下实施例所给出的数据包括具体操作和反应条件及产物。
23.一种四(4-烷基苯基)芘合成方法与应用，其特征在于，结构式为：
[0024][0025]
其中，n为1，2，3，分别为丁基、戊基、己基中的一种。
[0026]
实施例1
[0027]
以四(4-丁基苯基)芘的合成为例，化学反应式如下所示。
[0028][0029]
向250ml的圆底烧瓶中加入1,3,6,8-四溴芘(650mg，1.25mmol)、4-丁基苯硼酸(1.33g，7.5mmol)，甲苯(50ml)、无水乙醇(20ml)、碳酸铯溶液(2mol/l，80ml)、四三苯基膦钯(144mg)。通过油浴锅加热，在n2氛下进行反应，温度控制在115℃，反应回流48小时。反应完毕后，用80ml二氯甲烷萃取两次，用40ml饱和食盐水洗涤两次，然后用无水硫酸镁干燥。将上述溶液蒸馏至剩余少量液体后，通过柱层析法，以二氯甲烷/正己烷混合液(1:9,体积比)做淋洗剂，分离得到黄色固体目标产物的产量为871mg(目标产物理论产量为1.25mmol
×
731g/mol＝917mg)，产率为94.9％。测得目标产物熔点为207-208℃。
[0030]1h nmr(400mhz,cdcl3):δh＝8.18(s,4h,pyrene-h),8.00(s,2h,pyrene-h),7.58(d,j＝7.4hz,8h,ph-h),7.34(d,j＝7.4hz,8h,ph-h),2.74(d,j＝7.6hz,8h,alkyl-h),1.73
–
1.67(m,8h,alkyl-h),1.44(m,j＝14.7,7.3hz,8h,alkyl-h),0.98(t,j＝7.3hz,12h,me).
[0031]
13
c nmr(100mhz,cdcl3):δc＝141.94,138.45,137.15,130.53,128.38,128.06,126.08,125.23,35.46,35.29,33.71,22.45,14.01.
[0032]
实施例2
[0033]
实施例2与实施例1的区别在于，4-烷基苯硼酸中烷基链为戊基，投入4-戊基苯硼酸(1.44g，7.5mmol)，反应条件按照实施例2进行，分离得到黄色固体目标产物的产量为
924mg，产率94％。测得目标产物熔点为122-126℃。
[0034]1h nmr(400mhz,cdcl3):δh＝8.19(s,4h,pyrene-h),8.00(s,2h,pyrene-h),7.58(d,j＝7.4hz,8h,ph-h),7.34(d,j＝7.4hz,8h,ph-h),2.72(t,j＝7.5hz,8h,alkyl-h),1.72(s,8h,alkyl-h),1.40(s,16h,alkyl-h),0.93(s,12h,me).
[0035]
13
c nmr(100mhz,cdcl3):δc＝141.98,138.44,137.15,130.53,128.36,128.05,125.23,35.74,31.60,31.24,22.60,14.07.
[0036]
实施例3
[0037]
实施例3与实施例2的区别在于，4-烷基苯硼酸中烷基链为己基，投入4-己基苯硼酸(1.55g，7.5mmol)，反应条件按照实施例2进行，分离得到黄色固体目标产物的产量为568mg，产率90％。测得目标产物熔点为94-97℃。
[0038]1h nmr(400mhz,cdcl3):δh＝8.19(s,4h,pyrene-h),8.00(s,2h,pyrene-h),7.57(d,j＝7.4hz,8h,ph-h),7.33(d,j＝7.5hz,8h,ph-h),2.71(t,j＝7.6hz,8h,alkyl-h),1.75-1.66(m,8h,alkyl-h),1.44-1.31(m,24h,alkyl-h),0.91(s,12h,me).
[0039]
13
c nmr(100mhz,cdcl3):δc＝141.98,138.44,137.15,130.53,129.58,128.36,128.05,126.07,125.23,35.74,31.60,31.24,22.60,14.07.
[0040]
实施例4
[0041]
一种检测含硝基芳烃类污染物(邻硝基苯胺)的检测识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0042]
(1)将四(4-烷基苯基)芘中n＝1的四(4-丁基烷基)芘的固体粉末，使用二氯甲烷作溶剂配制成浓度为1
×
10-3
mol/l的母液，母液的总体积为5ml，标记为母液ⅰ。
[0043]
(2)将母液ⅰ每次取30μl分别加入到编号为1-11的比色皿中，作为11组比色皿中荧光基底溶液。
[0044]
(3)将浓度为1
×
10-2
mol/l的邻硝基苯胺的二氯甲烷溶液作为邻硝基苯胺标准溶液，加入步骤(2)的1-11号比色皿中，1号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为0μl，2号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为60μl，3号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为120μl，4号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为180μl，5号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为240μl，6号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为300μl，7号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为360μl，8号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为420μl，9号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为480μl，10号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为540μl，11号比色皿加入邻硝基苯胺标准溶液体积为600μl，每添加一次邻硝基苯胺标准溶液之后，在对应比色皿加入相应体积的二氯甲烷溶剂，使比色皿中混合溶液的总体积为3ml，形成2
×
10-4
mol/l的等差浓度梯度，使四(4-烷基苯基)芘与邻硝基苯胺在比色皿中的浓度比为1:0、1:20、1:40、1:60、1:80、1:100、1:120、1:140、1:160、1:180、1:200(1为四(4-丁基烷基)芘浓度，具体为1
×
10-5
mol/l)，摇晃均匀后将比色皿置于荧光分光光度计之中，激发其发射光谱，得出添加邻硝基苯胺标准溶液之后每组比色皿中混合溶液的光谱曲线，总计11组荧光发射曲线，读取添加邻硝基苯胺标准溶液之后每组比色皿中混合溶液所对应发射光谱峰值记为ii。
[0045]
(4)根据步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)所得到的四(4-丁基烷基)芘在添加邻硝基苯胺标准溶液之后每组比色皿中混合溶液的光谱曲线，绘制荧光淬灭曲线图，将发射波长作
为x轴，波长区间对应的11组荧光强度坐标作为y轴，绘制在二维坐标的折线图中。
[0046]
(5)根据步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)所得到的四(4-丁基烷基)芘在添加邻硝基苯胺标准溶液之后每组比色皿中混合溶液所对应发射光谱峰值，1号比色皿的发射光谱峰值为i0，分别计算四(4-丁基烷基)芘添加邻硝基苯胺标准溶液之后的淬灭倍数w，计算方法为：
[0047]
w＝i0/iiꢀꢀꢀ
(1)
[0048]
式中：i为添加邻硝基苯胺标准溶液之后的2-11号比色皿。
[0049]
(6)根据步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)所得荧光光谱峰值数据，步骤(5)中的计算方法，计算出待测硝基芳烃类污染物(邻硝基苯胺)存在时四(4-丁基烷基)芘的淬灭倍数w，淬灭倍数w为纵轴，浓度梯度为横轴，将其显示在二维柱状图坐标中。
[0050]
由步骤(4)和步骤(6)所得到的两组二维图可以得到，四(4-丁基烷基)芘对于硝基芳烃类污染物(邻硝基苯胺)具有不同程度的淬灭响应和较好的淬灭效率和响应，荧光淬灭强度下降明显，在与邻硝基苯胺的浓度比为1:200时淬灭倍数达到11倍，可以作为一种新的能够检测硝基芳烃类污染物中的邻硝基苯胺的方法。
[0051]
实施例5
[0052]
一种检测含硝基芳烃类污染物(邻硝基苯胺)的检测识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0053]
(1)将四(4-烷基苯基)芘中n＝2的四(4-戊基烷基)芘的固体粉末，使用二氯甲烷作溶剂配制成浓度为1
×
10-3
mol/l的母液，母液的总体积为5ml，标记为母液ⅱ。其余步骤同实施例4相同，得到关于四(4-戊基烷基)芘的两组荧光图，荧光淬灭强度下降明显，四(4-戊基烷基)芘与邻硝基苯胺的浓度比在1:200时淬灭倍数达到了13倍，可以作为一种新的能够检测硝基芳烃类污染物中的邻硝基苯胺的方法。
[0054]
实施例6
[0055]
(1)将四(4-烷基苯基)芘中n＝3的四(4-己基烷基)芘的固体粉末，使用二氯甲烷作溶剂配制成浓度为1
×
10-3
mol/l的母液，母液的总体积为5ml，标记为母液ⅲ。其余步骤同实施例4相同，得到关于四(4-己基烷基)芘的两组荧光图，荧光淬灭强度下降明显，四(4-己基烷基)芘与邻硝基苯胺的浓度比在1:200时淬灭倍数达到了10倍，可以作为一种新的能够检测硝基芳烃类污染物中的邻硝基苯胺的方法。
[0056]
本发明采用三种不同烷基链修饰的芘基衍生物配置成荧光基底溶液，对一种硝基芳烃类污染物(邻硝基苯胺)进行荧光淬灭实验，再对得到的结果进行汇总分析，可以得到这一类芘基衍生物对于邻硝基苯胺具有较好的荧光淬灭响应和较高的淬灭倍数，达到检测的目的。但是本发明不仅限于上述的三种化合物作为荧光基底溶液，还可以由其他化合物配制的荧光基底溶液用本发明的方法进行检测更多的硝基芳烃类化合物。