用于Fe3+检测的荧光素罗丹明B双Schiff碱化合物紫外分子探针及其合成与应用的制作方法

本发明涉及用于fe³⁺检测的紫外分子探针的合成及应用。

背景技术：

铁元素广泛分布于自然界中，是生物体内的最丰富的金属离子之一，在氧气传输、电子转移、dna的合成和修复、光合作用等生化过程中起着非常重要的作用，是生物体不可缺少的金属元素之一。铁的不足和过剩会诱发相应的疾病，例如铁的缺乏会导致输送到细胞的氧气不足，导致贫血、血色病、肝损伤、糖尿病和癌症等疾病。目前，用于fe³⁺检测的化学传感器多为荧光探针。即，采用荧光化学探针与金属离子之间发生相互作用时的荧光光谱的变化实现金属离子的检测。如专利号为201610201233.7的中国专利公开了一种双schiff碱链接的对称型菲并咪唑fe³⁺荧光探针，在ph值为1～9的广泛条件下，该荧光探针可检测水相体系中的fe³⁺。但是fe³⁺荧光探针只能依靠荧光光谱检测fe³⁺，需要价格昂贵的、精密度高的荧光光谱仪来完成，对设备的要求较高。

除了利用荧光探针检测金属离子外，也可以采用紫外光谱法检测金属离子。如在《传感器和执行器b：化学》(sensorsandactuatorsb：chemical)的2016年227期的17–23页公开了一种结构为萘二酰亚胺衍生物的fe³⁺紫外探针，通过紫外探针与fe³⁺以2:1的方式络合来检测fe³⁺，但是该紫外探针对fe³⁺的检测时受到cu²⁺的干扰，使其应用受到了限制。

技术实现要素：

本发明是要解决现有的检测fe³⁺的荧光光谱法检测仪器昂贵、紫外光谱法易受其他金属离子干扰的技术问题，提供用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针及其合成与应用，使用紫外分光光度计来实现fe³⁺检测。

本发明的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的结构式为：

上述的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的合成方法是采用单亚胺基荧光素醛与罗丹明b肼反应得到，反应式如下：

其具体合成步骤为：

一、按照单亚胺基荧光素醛与罗丹明b肼的摩尔比为1:(1～3)，分别将单亚胺基荧光素醛与罗丹明b肼加入到醇类溶剂中，加热至沸腾并回流反应3～10h，反应结束后，冷却，浓缩，得到混合物；

二、将混合物通过柱层析色谱梯度淋洗进行分离，其中柱子中填充200～300目的硅胶，淋洗剂为石油醚与乙酸乙酯的混合液，得到用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针。

上述的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的使用方法按以下步骤进行：

一、将用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针溶解于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)与4-羟乙基哌嗪乙磺酸(hepes)缓冲溶液的混合液中，得到紫外分子探针溶液；其中hepes缓冲溶液混合液的ph＝7.4，混合液中n,n-二甲基甲酰胺与hepes缓冲溶液的体积比为9：(1～3)，紫外分子探针溶液中紫外分子探针的浓度为10～30μmol/l；

二、取紫外分子探针溶液，向其中加入待测样品，混合均匀，得到样品溶液；

三、用紫外分光光度计测试紫外分子探针溶液在波长为323和358nm处的吸光度值分别a1和a2；再测试样品溶液的紫外光谱，在波长为323和358nm处的吸光度值分别为b1和b2；如果b1≥1.5a1、b2≥1.4a2同时成立，则可判定样品溶液中含有fe³⁺。

本发明的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针可实现在水环境体系中对fe³⁺的紫外选择性识别功能，不受水溶液中其他金属离子的干扰，具有较强的抗干扰能力。该紫外分子探针在ph值为3～11范围内均可识别fe³⁺，表现为两个紫外吸收波长的吸光度增强，检测方法简单，仅使用简单的紫外分光光度计即可实现，响应迅速，具有检测水体系环境中的fe³⁺检测的能力。

该紫外分子探针的合成所需原料简单易得，成本低；步骤简单；反应条件温和，收率高，产率高达60～80％。

本发明的紫外分子探针可应用在水体系中fe³⁺污染的前期检测中，具有极高的应用价值。

附图说明

图1是实施例1中紫外分子探针在dmf/hepes缓冲溶液(v/v＝9/1，ph＝7.4)体系中的紫外光谱图，横坐标为波长，纵坐标为吸光度。

图2是实施例1中紫外分子探针在dmf/hepes缓冲溶液(v/v＝9/1，ph＝7.4)体系中加入50μmol/l浓度的金属阳离子(al³⁺、zn²⁺、ag⁺、ca²⁺、mg²⁺、cu²⁺、hg²⁺、pb²⁺、na⁺、ba²⁺、ni²⁺、k⁺、cr³⁺、co²⁺、cd²⁺和fe³⁺)后紫外光谱变化情况，横坐标为波长，纵坐标为吸光度。

图3是实施例1中紫外分子探针在dmf/hepes缓冲溶液(v/v＝9/1，ph＝7.4)体系中加入50μmol/l浓度的fe³⁺与50μmol/l浓度不同共存金属离子后的紫外光谱变化情况，横坐标为波长，纵坐标为吸光度。

图4是实施例1中紫外分子探针在dmf/hepes缓冲溶液(v/v＝9/1，ph＝7.4)体系中，紫外光谱随fe³⁺浓度(0.01～7当量)增加的变化情况，横坐标为波长，纵坐标为吸光度。

图5是实施例1中紫外分子探针在dmf/hepes缓冲溶液(v/v＝9/1，ph＝7.4)体系中随fe³⁺浓度(0～9当量)变化时紫外吸收波长323和358nm的吸光度比值变化情况，横坐标为波长，纵坐标为吸光度。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的结构式为：

具体实施方式二：具体实施方式一所述的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的合成方法如下：

一、按照单亚胺基荧光素醛与罗丹明b肼的摩尔比为1:(1～3)，分别将单亚胺基荧光素醛与罗丹明b肼加入到醇类溶剂中，加热至沸腾并回流反应3～10h，反应结束后，冷却，浓缩，得到混合物；

二、将混合物通过柱层析色谱梯度淋洗进行分离，其中柱子中填充200～300目的硅胶，淋洗剂为石油醚与乙酸乙酯的混合液，得到用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一中的醇类溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或丁醇；其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是步骤二中石油醚与乙酸乙酯的混合液中石油醚与乙酸乙酯的体积比是1：(10～2)；其它与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：具体实施方式一所述的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的使用方法按以下步骤进行：

一、将用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针溶解于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)与4-羟乙基哌嗪乙磺酸(hepes)缓冲溶液的混合液中，得到紫外分子探针溶液；其中hepes缓冲溶液混合液的ph＝7.4，混合液中dmf与hepes缓冲溶液的体积比为9：(1～3)，混合液中紫外分子探针的浓度为10～30μmol/l；

二、取紫外分子探针溶液，向其中加入待测样品，混合均匀，得到样品溶液；

三、用紫外分光光度计测试紫外分子探针溶液在波长为323和358nm处的吸光度值分别a1和a2；再测试样品溶液的紫外光谱，在波长为323和358nm处的吸光度值分别为b1和b2；如果b1≥1.5a1、b2≥1.4a2同时成立，可判定测试的样品中含有fe³⁺。

用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例1：本实施例的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的合成方法如下：

一、将462mg(1mmol)单亚胺基荧光素醛与456mg(1mmol)罗丹明b肼加入到20ml乙醇中，加热至沸腾并保持回流反应6h，反应结束后，冷却，浓缩，得到混合物；

二、将混合物通过柱层析色谱梯度淋洗进行分离，其中色谱柱中填充200～300目的硅胶，淋洗剂为石油醚与乙酸乙酯的体积比的1:5的混合液，得到用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针。经计算，产率为80％。

本实施例制备的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的红外光谱、元素分析及在氘取代的dmso溶剂中的¹h和¹³cnmr谱数据如下：

ir(kbr):ν/cm^-1：3431,2971,2930,1692,1633,1616,1516。¹hnmr(600mhz,dmso-d6)δ:9.97(s,2h,oh),8.91(s,1h,n＝ch),8.79(s,1h,n＝ch),7.88(t,1h,arh),7.61-7.55(m,2h,arh),7.35(s,2h,arh),7.09(t,j＝7.2hz,1h,arh),6.62(s,1h,arh)6.46(s,1h,arh),6.42-6.40(m,2h,arh),6.37-6.30(m,1h,arh),6.30-6.28(m,1h,arh),3.28(q,8h,ch2),1.04(t,j＝6.9hz,12h,ch3)；¹³cnmr(150mhz,dmso-d6)δ:191.3,187.3,165.7,159.7,152.3,152.7,149.4,149.4,146.9,139.4,136.2,132.5,131.2,129.2,129.2,128.3,128.5,117.4,114.2,109.9.106.5,105.7,97.7,76.3,47.1,12.9；元素分析(％,c56h48n6o6计算值):w(c)＝74.49(74.65),w(h)＝5.32(5.37),w(n)＝9.28(9.33)。

从以上数据可以得到本实施例制备的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的结构式如下：

将本实施例制备的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针进行紫外光谱检测，方法如下：将用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针溶解在dmf/hepes缓冲(v/v＝9/1，ph＝7.4)溶液中，探针浓度为10μmol/l，充分混合，5min后采用紫外分光光度计检测其紫外吸收光谱，得到的紫外吸收光谱图如图1所示。由图1可知，本实施例制备的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的紫外吸收峰分别在323和在358nm。

测试本实施例制备的紫外分子探针与不同金属离子作用后的紫外发射光谱，具体方法如下：

将用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针加入到dmf/hepes缓冲(v/v＝9/1，ph＝7.4)溶液中，其中用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的浓度为10μmol/l，然后再加入浓度为50μmol/l的金属离子，混合均匀，5min后测定其紫外可见光谱，其中金属离子分别为al³⁺、zn²⁺、ag⁺、ca²⁺、mg²⁺、cu²⁺、hg²⁺、pb²⁺、na⁺、ba²⁺、ni²⁺、k⁺、cr³⁺、co²⁺、和cd²⁺，得到的紫外可见光谱图如图2所示。由图2可知，加入不同的金属离子后，323nm和358nm处的两个紫外吸收波长的吸收强度基本没有变化。当加入fe³⁺时，323和358nm处的两个紫外吸收波长的吸收强度均有增强，分别增强为原来的1.5倍和1.4倍。

将本实施例制备的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针进行抗金属离子干扰测试，方法如下：将用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针加入到dmf/hepes缓冲(v/v＝9/1，ph＝7.4)溶液中，其中用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的浓度为10μmol/l，再加入浓度为50μmol/l的常见的金属离子(al³⁺、zn²⁺、ag⁺、ca²⁺、mg²⁺、cu²⁺、hg²⁺、pb²⁺、na⁺、ba²⁺、ni²⁺、k⁺、cr³⁺、co²⁺、和cd²⁺)，混合均匀后，再分别向上述溶液中加入50μmol/l的fe³⁺，再次混合，5min后分别测定其紫外可见光谱，如图3所示。由图3可知，常见的金属离子与fe³⁺共存时，本实施例所制备的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针表现出的紫外可见光谱的两个吸收峰强度与fe³⁺单独存在时几乎没有变化，即323nm和358nm处的两个紫外吸收峰强度增强幅度与fe³⁺单独存在时类似。这说明本实施例制备的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针对fe³⁺的检测具有选择性，不受其他常见金属离子的干扰。

检测本实施例制备的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针对fe³⁺选择性的灵敏度，具体方法如下：将用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针加入到dmf/hepes缓冲(v/v＝9/1，ph＝7.4)溶液中，其中用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的浓度为10μmol/l，再加入0.01–7当量的fe³⁺，分别测定其紫外可见光谱，得到光谱图如图4所示，从图4可以看出，随着fe³⁺浓度的增加，紫外分子探针在323nm和358nm处的两个吸收峰强度同时增加。fe³⁺离子浓度低于70μmol/l(主体浓度的7当量)时，323nm处的紫外吸收强度的增加速度大于358nm处的紫外吸收强度的增加速度。当fe³⁺离子浓度等于70μmol/l(主体浓度的7当量)时，323nm和358nm处的紫外吸收强度相当(如图5所示)。当fe³⁺离子浓度大于70μmol/l(主体浓度的7当量)时，323nm处的紫外吸收强度的增加速度略大于358nm处的紫外吸收强度的增加速度。

实施例2：本实施例的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的合成方法如下：

一、将462mg(1mmol)单亚胺基荧光素醛与912mg(2mmol)罗丹明b肼加入到20ml甲醇中，加热至沸腾并保持回流反应8h，反应结束后，冷却，浓缩，得到混合物；

二、将混合物通过柱层析色谱梯度淋洗进行分离，其中色谱柱中填充200～300目的硅胶，淋洗剂为石油醚与乙酸乙酯的体积比的1:6的混合液，得到用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针。经计算，产率为65％。

实施例3：本实施例的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的制备方法如下：

一、将462mg(1mmol)单亚胺基荧光素醛与684mg(1.5mmol)罗丹明b肼加入到20ml异丙醇醇中，加热至沸腾并保持回流反应7h，反应结束后，冷却，浓缩，得到混合物；

二、将混合物通过柱层析色谱梯度淋洗进行分离，其中色谱柱中填充200～300目的硅胶，淋洗剂为石油醚与乙酸乙酯的体积比的1:4的混合液，得到用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针。经计算，产率为82％。

实施例4：本实施例的用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针的合成方法如下：

一、将462mg(1mmol)单亚胺基荧光素醛与1368mg(3mmol)罗丹明b肼加入到20ml丁醇中，加热至沸腾并保持回流反应6h，反应结束后，冷却，浓缩，得到混合物；

二、将混合物通过柱层析色谱梯度淋洗进行分离，其中色谱柱中填充200～300目的硅胶，淋洗剂为石油醚与乙酸乙酯的体积比的1:3的混合液，得到用于fe³⁺检测的荧光素罗丹明b双schiff碱化合物紫外分子探针。经计算，产率为70％。