用于银离子、2,4,6-三硝基苯酚可视化检测的荧光探针、制备方法及应用与流程

本发明属于荧光探针制备及应用技术领域，具体涉及一种用于银离子和2,4,6-三硝基苯酚的荧光探针、制备方法及应用。

背景技术：

2,4,6-三硝基苯酚(tnp)又称苦味酸，是硝基芳香类爆炸物(naes)中威力较大的爆炸物之一，被广泛使用于工业和民用，如烟花、皮革以及染料等化工行业。在生产、使用及运输过程中对土壤和水体环境造成巨大的污染，是一种潜在的土壤和水系污染物。

由于荧光探针在快速、准确、方便和经济性等方面具有一定的优势。近年来，已有很多关于荧光探针识别tnp的报道，如荧光共轭聚合物、小分子荧光团、金属有机骨架以及聚集诱导的发光材料等。其中的小分子有机荧光探针由于具有灵敏度高，选择性好，快速便捷且可实时监测等优点，受到了国内外许多科学家的广泛关注。但目前报道的小分子tnp传感器仍存在合成路线太长、产率低等缺点，极大地限制了它们的实际应用。

银材料广泛用于电子、轻工业和制药等行业，产生的工业废水会向环境中释放大量的银离子。因此，银离子是一种广泛分布的环境污染物，即使在低浓度下，也会对环境和人类造成严重且永久性的毒害。

用于ag⁺检测的传统方法主要有火焰原子吸收光谱法、石墨炉原子吸收光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法和电化学分析法等。但是以上方法通常具有操作较为复杂、耗时和设备昂贵等缺陷，使它们实际应用中受到很大的局限性，同时在检测的灵敏度和选择性方面也有待改进。

先前已经报道了许多用于银离子和2,4,6-三硝基苯酚单独检测的荧光探针。但是，一种探针材料能够对水系环境中以上两种物质都能够高选择性、高灵敏性、可目视检测则鲜有报道。

因此，发展一种合成简单、产率高，兼具高选择性和高灵敏性、可检测水体和土壤环境中银离子和2,4,6-三硝基苯酚tnp的小分子荧光探针，具有很好的应用前景。

本发明的荧光探针一步反应即可合成，且所用原料来源广泛，使用前无需特殊处理，价格低，产率高达80％以上。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题利用一种合成简单、产率较高的有机小分子荧光探针分别应用于水体环境中银离子和2,4,6-三硝基苯酚的可视化检测。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

具体而言，本发明提供了一种用于银离子和2,4,6-三硝基苯酚检测的荧光探针l，其结构如下：

一种用于银离子和2,4,6-三硝基苯酚的荧光检测方法包括以下步骤：

用于检测的荧光探针的合成方法为：将3,3′-二氨基联苯胺、喹哪啶酸和多聚磷酸搅拌混合均匀。然后加热到155-165℃搅拌反应48～50h，停止加热，冷却到室温后加入去离子水，用氢氧化钠溶液调节混合液ph＝9～10，抽滤得到褐色固体。无水乙醇重结晶3次，干燥，得到所述的荧光探针l。

氢氧化钠溶液溶液浓度为0.1mol/l，可用滴加方式加入。

所述的合成方法中，喹哪啶酸和3,3′-二氨基联苯胺按摩尔比计，喹哪啶酸：3,3′-二氨基联苯胺＝2.1～2.3：1。

所述的合成方法中，3,3′-二氨基联苯胺(mmol)：多聚磷酸(ml)＝1:(4～6)。

所述的合成方法中，反应液冷却到室温后加入去离子水的量与多聚磷酸体积相同。

本发明还提供上述荧光探针检测、识别环境中银离子和2,4,6-三硝基苯酚的应用。

一种用于银离子和2,4,6-三硝基苯酚的荧光检测方法的辅助材料为混合溶剂，所述混合溶剂由四氢呋喃(thf)和去离子水组成，混合溶剂中水的体积百分数为40％～60％。

将探针l溶于混合溶剂中配制浓度为10^-3～10^-5mol/l的溶液作为荧光检测材料。

本发明的有益效果有：

(1)本发明的荧光检测材料与2,4,6-三硝基苯酚或银离子混合能够导致体系颜色和荧光光谱的明显改变。

(2)本发明的荧光探针对2,4,6-三硝基苯酚具有很高的选择性。荧光检测材料与其它几种常规硝基芳香类爆炸物混合不能导致体系颜色和荧光光谱的明显改变。

(3)本发明的荧光探针对银离子检测具有很高的选择性。荧光检测材料与其它几种常规金属离子混合不能导致体系颜色和荧光光谱的明显改变。

本发明的荧光探针稳定性好，进而能够长期保存使用。

(4)本发明的荧光探针合成简单，成本低廉，有利于商业化推广应用。本发明的荧光探针对银离子和2,4,6-三硝基苯酚具有较好的选择性和可目视化颜色变化，其检测极限分别为1.36μm和0.82μm，可用于自来水、河水等环境水体或土壤中分别识别银离子和2,4,6-三硝基苯酚，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为实施例1制备探针的¹hnmr谱图。

图2为一些硝基芳香类爆炸物对实施例1制备探针材料的荧光光谱响应图。

图3为实施例1制备探针材料的荧光强度与不同浓度2,4,6-三硝基苯酚的荧光光谱响应曲线图。

图4为实施例1制备探针材料的2,4,6-三硝基苯酚浓度与荧光信号强度的线性关系图。

图5为一些金属离子对实施例1制备探针材料的荧光光谱响应图。

图6为实施例1制备探针材料的荧光强度与不同浓度银离子的荧光光谱响应曲线图。

图7为实施例1制备探针材料的银离子浓度与荧光信号强度的线性关系图。

具体实施方式

上述高灵敏高选择性分别识别银离子和2,4,6-三硝基苯酚荧光探针的制备方法、应用及其光谱性能，将通过借助以下实施例来更详细地说明本发明。

实施例1：

(1)喹哪啶酸2.29g(13.2mmol)、3,3'-二氨基联苯胺1.29g(6mmol)和25ml多聚磷酸(ppa)加入到50ml三口烧瓶搅拌混合均匀，加热使其在160℃下搅拌反应48h，停止加热，冷却到室温后加入25ml去离子水。用氢氧化钠溶液调节混合液使ph＝9，过滤得到褐色固体。无水乙醇重结晶3次，干燥，得到探针l，产率：83.6％。

实施例2：

(1)喹哪啶酸2.39g(13.8mmol)、3,3'-二氨基联苯胺1.29g(6mmol)和36ml多聚磷酸(ppa)加入到100ml三口烧瓶搅拌混合均匀，加热使其在165℃下搅拌反应50h，停止加热，冷却到室温后加入36ml去离子水。用氢氧化钠溶液调节混合液使ph＝10，过滤得到褐色固体。无水乙醇重结晶3次，干燥，得到探针l，产率：84.9％。

实施例3：

(1)喹哪啶酸2.18g(12.6mmol)、3,3'-二氨基联苯胺1.29g(6mmol)和24ml多聚磷酸(ppa)加入到50ml三口烧瓶搅拌混合均匀，加热使其在155℃下搅拌反应48h，停止加热，冷却到室温后加入24ml去离子水。用氢氧化钠溶液调节混合液使ph＝9，过滤得到褐色固体。无水乙醇重结晶3次，干燥，得到探针l，产率：81.2％。

采用核磁共振仪对制得的探针l进行核磁共振分析，结果如下：

1hnmr(400mhz,dmso，单位：ppm，如图1所示):7.61-7.79(m,6h),7.95-7.85(m,4h),8.07-8.12(d,j＝8.1hz,2h),8.17-8.25(d,j＝8.3hz,2h),8.50-8.63(m,4h),δ13.30(s,2h).

实施例4：

常规硝基芳香类爆炸物对探针l溶液的荧光光谱响应测定：

探针对常规硝基芳香类爆炸物的荧光光谱响应测定是在thf-h2o(vthf/v水＝5:5)混合溶剂中进行的，使用的探针是实施例1所制备的探针样品。该探针用混合溶剂配制成浓度为10^-4mol/l的溶液储备待用，同时以混合溶剂分别配制浓度为10^-3mol/l的4-硝基甲苯(4-nt)、2,6-二硝基甲苯(2,6-dnt)、三硝基甲苯(tnt)、2,4-二硝基甲苯(2,4-dnt)、对硝基苯酚(4-np)、邻硝基苯酚(2-np)、硝基苯(nb)、2-硝基甲苯(2-nt)、2,4,6-三硝基苯酚(tnp)供以下各实施例使用。

在进行荧光检测时(λex＝369nm)，各硝基化合物分别加入等体积的探针溶液，空白样用探针溶液加入等体积的混合溶剂配制，检测的激发波长为369nm，光栅狭缝5nm。得到图2，即为探针l分子对几种常规硝基芳香类爆炸物的检测情况图。

由图2可知，加入tnp溶液的荧光发射光谱发生明显的强度减弱变化。且在365nm紫外光下体系的颜色由淡蓝色转化为深绿色；而其它几种常规硝基芳香类爆炸物对探针溶液的荧光强度影响较小，在365nm紫外光下体系的颜色基本没变。这是因为喹啉类化合物具有较大的π键体系的共轭体系，容易发生π-π*电子跃迁，与强缺电子的tnp分子通过电子转移而结合，同时苯并咪唑分子中的n-h键可与tnp分子中的-oh通过氢键作用而导致荧光淬灭。

实施例5：tnp对荧光探针l溶液的荧光滴定

用移液枪移取2ml浓度为10^-4mol/l的荧光探针l溶液转移至比色皿中，滴加浓度为10^-3mol/l的tnp溶液，测试tnp浓度对探针溶液荧光性能的影响，结果如图3所示。随着tnp的逐渐加入，体系荧光发射峰的强度逐渐降低。

本实施例所有实验条件和处理方法只是确保检测体系中tnp浓度不同，测定其荧光强度，并绘制荧光强度随tnp浓度变化线性关系图(图4所示)。由分析实验结果可以确定探针l对tnp有很高的灵敏性，计算检出限量为1.36μm，tnp浓度在(20–50)×10^-7mol/l间荧光强度呈现出良好的线性关系。

由以上分析结果可知荧光探针l可以对tnp实现高效检测。

实施例6：常见金属离子对探针l溶液的荧光光谱响应测定。

探针对常见几种金属离子的荧光光谱响应测定是在thf/h2o(vthf/v水＝5：5)混合溶剂中进行的，使用的探针是实施例1所制备的探针样品。该探针用混合溶剂配制成浓度为10^-4mol/l的溶液储备待用，同时以混合溶剂分别配制浓度为10^-3mol/l的zn(no3)2、fe(no3)3、cr(no3)3、co(no3)2、agno3、cu(no3)2、al(no3)3、mg(no3)2溶液供以下各实施例使用。

在进行荧光检测时，各硝酸盐溶液加入到等体积的探针溶液。空白样用探针溶液加入等体积的混合溶剂配制，检测的激发波长为369nm，光栅狭缝5nm。得到图5，即为探针l对几种常见金属离子的检测情况图。

由图5可知，加入agno3溶液的探针溶液荧光发射光谱发生明显的强度减弱变化。且在365nm紫外光下体系的颜色由淡蓝色转化为深绿色；而其它的硝酸盐溶液对探针溶液的荧光强度影响较小，在365nm紫外光下体系的颜色基本没变。这是由于氮原子对金属离子具有较强的螯合作用，含有氮原子的喹啉和咪唑都是很好的金属螯合剂，可以与特定的金属发生配位反应，导致荧光团电子排布的改变，从而使荧光性质发生改变。

实施例7：agno3溶液对荧光探针l溶液的荧光滴定

用移液枪移取2ml浓度为10^-4mol/l的荧光探针l溶液转移至比色皿中，滴加浓度为10^-3mol/l的agno3溶液，测试银离子浓度对探针溶液荧光性能的影响，结果如图6所示。随着agno3溶液的逐渐加入，体系荧光发射峰的强度逐渐降低。

本实施例所有实验条件和处理方法只是确保检测体系中agno3溶液浓度不同，测定其荧光强度，并绘制荧光强度随agno3溶液浓度变化线性关系图(图7所示)。由分析实验结果可以确定探针l对银离子有很高的灵敏性，计算检出限量为0.82μm，银离子浓度在(20–50)×10^-7mol/l间荧光强度呈现出良好的线性关系。

由以上分析结果可知荧光探针l可以对银离子实现高效检测。