一种可视可逆的比率荧光探针及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种功能化可视可逆荧光探针及其制备方法与用途，特别涉及一种微 量气体污染物的可视可逆的荧光检测探针及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 近十几年来，我国的经济发生了翻天覆地的变化，科学技术也取得了巨大的进 步，但也引起了一系列的环境污染问题。其中的大气污染是当前最突出的问题之一， EPA(EnvironmentProtectionAgency)规定的六种标准污染物中，二氧化硫就是其中的第 一大污染物。二氧化硫一般通过呼吸道进入人体，由于其易溶于水，很多被阻塞在上呼吸 道，进而形成其衍生物如亚硫酸、硫酸盐等，更加刺激了呼吸道，从而引发一系列的呼吸道 疾病。亚硫酸氢盐和亚硫酸盐可作为食品添加剂，但是过量摄入将导致不良反应如低血压、 腹泻、荨麻疹等。综上所述，实现二氧化硫及其衍生物的检测对环境保护和食品安全具有重 要的意义。近些年来，荧光传感技术已经越来越广泛地应用于阴离子、重金属、生物小分子 以及一些有害气体的检测。与传统的分析检测方法相比，如分光光度法、色谱分析法和电化 学分析法等，荧光光谱技术具有其独特的优点，如灵敏度高，选择性好，响应速度快，操作简 便，最重要的一点是，荧光光谱技术可用于生物体内细胞成像及目标物的实时检测。目前已 经开发的荧光探针主要包括有机分子，生物分子以及纳米材料等。
[0003] 利用荧光光谱分析技术来检测目标物主要是基于荧光强度和波长的变化来实现， 总共有三种模式，包括荧光淬灭，荧光增强以及比率荧光。其中荧光淬灭和荧光增强都是基 于单一的荧光强度变化，易受到环境条件、探针浓度以及仪器误差的影响，干扰较大；而比 率荧光探针则以同样环境下测定的两个波长处荧光强度的比值作为信号参量，能够抵消掉 因环境、样品本身及仪器设备等因素引起的数据失真，从而得到更准确的结果。
[0004] 黄德建、王素华等人（Anal.Chem. 2014, 86, 9381-9385)曾报道了一种检测二氧化 硫及其衍生物的探针，该探针利用对羧基苯甲醛分别连接了花菁染料和碳点，由于荧光共 振能量转移，该探针在溶液中荧光强度低，二氧化硫及其衍生物可通过亲核加成反应使探 针原来的荧光共振能量转移消失，碳点的蓝色荧光恢复，从而实现了检测二氧化硫及其衍 生物的目的。该探针能选择性地检测二氧化硫气体，但是该探针是基于单一的荧光强度变 化，易受环境等其他因素的影响，且无法多次使用。
[0005] 有机反应中的氧化还原反应类型主要包括：得电子-失电子反应、脱氢_加氢反 应、加氧_脱氧反应以及巯基与二硫键的相互转化等。因此，可逆荧光探针的设计也遵循这 些反应原理，以适应氧化还原反应的特点。目前关于可逆化的比率荧光探针来检测二氧化 硫及其衍生物还未见报道。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种可视可逆地检测空气中二氧化硫气体及其衍生物的 比率荧光化学探针，所要解决的技术问题是利用红色荧光的花菁基团和蓝色荧光的苯并噻 唑基团设计成比率荧光探针以实现可视可逆地检测气体污染物二氧化硫及其衍生物。具体 来说是红色荧光的花菁染料和蓝色荧光的苯并噻唑组成比率荧光探针可逆化、可视化地定 性和定量地检测二氧化硫及其衍生物的荧光传感器及其制备方法。
[0007] 本发明的一种可视可逆荧光探针，其中含有花菁荧光基团和苯并噻唑荧光基团， 其结构通式为：
[0008]
[0009] 其中R为碘甲烧、碘乙烧、溴乙酸、溴丙酸或1，3-丙磺酸内酯等基团。
[0010] 本发明的上述所述可逆荧光探针的制备方法，包括下述步骤：
[0011] (1)将水杨醛与多聚甲醛加入到浓盐酸中，于1小时内滴加完三氯氧磷，室温反应 18-20小时，过滤，洗涤所得固体并干燥得产物1 ;
[0012] (2)将产物1与环六亚甲基四胺溶于乙酸溶液中，加热回流反应1小时后再加入浓 盐酸，继续反应5-6分钟后降温到0°C，过滤收集沉淀得到产物2 ;
[0013] (3)将产物2与2-氨基苯硫醇溶于溶剂中，室温反应12-14小时后脱除溶剂得产 物3 ;
[0014] (4)将产物3与化合物4溶于溶剂中，加入哌啶催化，通氮气并回流反应60-80分 钟后脱除溶剂即得；所述化合物4的结构式如下：
[0015]
[0016] 式中R为碘甲烧、碘乙烧、溴乙酸、溴丙酸或1，3-丙磺酸内酯基团。
[0017] 本发明具体反应过程如下：
[0018]
[0019] 步骤（1)所述洗涤是将过滤所得固体分别用lwt% _5wt%的NaHC03稀溶液和水 洗涤各1-3次，优选用3wt%的NaHC03稀溶液洗涤3次后，再水洗3次；步骤（1)所述浓盐 酸作为溶剂。
[0020] 步骤（1)中，多聚甲醛、水杨醛、三氯氧磷的摩尔比为1:1-2:2-3。
[0021] 步骤（2)中，产物1、环六亚甲基四胺、浓盐酸的摩尔比为1:1-1.5:5. 2-5.8 ; 步骤⑵中，加入浓盐酸是为了中止反应，乙酸溶液作为溶剂，乙酸溶液浓度优选 40wt% _60wt%，更优选 50wt%。
[0022] 步骤（3)中，产物2和2-氨基苯硫醇的摩尔比为1:1 ;步骤（3)脱除溶剂后过硅 胶色谱柱纯化，洗脱剂为体积比2:1的二氯甲烷/石油醚混合溶液。
[0023] 步骤（4)中，产物3、化合物4、哌啶的摩尔比为1:1.2-1.5:1.2-1.5。步骤（4) 脱除溶剂后过硅胶色谱柱纯化，洗脱剂为体积比10:1的二氯甲烷/甲醇混合溶液。化 合物4的分子式RCnH13N，式中R为碘甲烷、碘乙烷、溴乙酸、溴丙酸或1，3-丙磺酸内酯 等基团，当R为碘甲烷、碘乙烷、溴乙酸或1，3-丙磺酸内酯时，其制备方法参见文献： solid-phasemethodsforthesynthesisofcyaninedyes.Mason,S.J. ；Hake,J.L.； Nairne,J.Cummins,W.J. ;Balasubramanian,S.J.Org.Chem. 2005, 70, 2939-2949.;当R为 溴乙酸或溴丙酸时，其制备参见文献：synthesisandevaluationofpolyhydroxylated near-infraredcarbocyaninemolecularprobes.ZongrenZhangandSamuelAchilefu, Ogr.Lett. 2004, 6 (12)，2067-2070?所述溴丙酸包括2-溴丙酸、3-溴丙酸。
[0024] 步骤（3)和步骤⑷所述溶剂为C1-C4的低级醇。
[0025] 本发明所述可逆荧光探针可应用于检测二氧化硫及其衍生物如亚硫酸氢根离子、 亚硫酸根离子，具体可将二氧化硫及其衍生物置于比率荧光探针溶液中，在自然光或紫外 光下观察探针颜色变化即可；
[0026] 本发明比率荧光探针的可逆回收是将向上述颜色变化稳定后的比率荧光探针溶 液中加入活性氧，在自然光或紫外光下观察探针颜色变化即可；所述活性氧为过氧化钾 (K02)、过氧化氢（H202)、叔丁基过氧化氢（TBHP)或次氯酸钠（NaCIO)。
[0027] 将本发明有机比率荧光探针溶于乙醇中制备荧光探针储备液，在荧光检测时，取 一定量的荧光探针储备液分散到磷酸盐缓冲液（PB)中，得到最终浓度为20yM和50yM的 荧光探针溶液分别用于荧光检测和紫外吸收检测。所述的磷酸盐缓冲液浓度为50mM，pH为 7. 0〇
[0028] 向配制的荧光探针溶液中加入含有亚硫酸氢钠的待测样品，随着待测样品浓度的 不断增加，越来越多的比率荧光探针分子与亚硫酸氢根发生反应，导致荧光探针的荧光强 度和荧光峰位置逐渐发生改变，红色荧光峰强度不断降低，同时蓝色荧光峰强度升高，而其 他的阴离子则对探针的荧光强度和波长不产生明显的影响。在自然光下，我们可以直接观 察到荧光探针的颜色由红色变为无色；而在紫外灯的辅助下，通过肉眼可观察到亚硫酸氢 根加入前