一种基于罗丹明基重金属离子固相荧光传感器的制备及应用的制作方法

本发明属于食品安全领域，本发明涉及一种基于罗丹明基重金属离子固相荧光传感器的制备及应用，该固相荧光传感器适用于重金属离子快速检测分析技术领域。

技术背景

重金属广泛地存在于自然界中，主要是指铜、汞、镉、铅、铬以及类金属砷等重元素。重金属不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体。重金属在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒，从而威胁人类的健康。因此，建立快速、高效的重金属检测方法在生命科学、环境科学、医学科学以及农业生产等方面都具有重要的意义。高效检测方法的建立不仅有利于掌握重金属传播和迁移途径与特征，而且可以为其造成的环境污染进行评估和开展有效控制提供理论和技术上的保障。

目前，金属离子常见的测定方法主要有：原子吸收法(aas)、分光光度法、高效液相色谱法(hplc)、发射光谱法(aes)、电感耦合等离子体质谱法(icpms)、化学发光法、电化学法、荧光分析法等。这些方法各有优缺点，例如：原子吸收法具有灵敏度高、选择性好、受样品中有机杂质等的干扰小、应用范围广等优点，但是仪器复杂，需要高温原子化零部件、高能耗和高成本等。电感耦合等离子体质谱法和高效液相色谱法所需仪器昂贵，样品预处理过程复杂，操作比较繁琐。化学发光法选择性比较差，不适于低浓度生物样品的测定。

固相荧光传感器不仅制备方法简单、价格便宜，使用方便，可快速检测不同重金属离子，而且利用edta将金属离子络合下来，实现固相荧光传感器的重复利用，检测方法具有灵敏度高、选择性好、样品用量少和环境友好等特点。

目前，应用最广泛的荧光微球是有机染料引入到聚苯乙烯中制备的微球。作为一种高量子产率的荧光分子，罗丹明常常被选作荧光母体用于金属离子荧光分子探针的设计合成。罗丹明及其衍生物具有摩尔消光系数大、荧光量子产率高、相对长的激发波长(＞500nm)和发射波长等优点，已被作为荧光分子探针广泛用来检测金属离子。闭环结构的罗丹明内酰胺的摩尔吸光系数和荧光量子产率非常低，几乎没有荧光。当识别基团在羰基的协同作用下与某种重金属离子发生作用时，可导致荧光分子的内酰胺键断裂，形成开环结构，导致荧光强度显著增强，从而实现对该离子的选择性识别。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种基于罗丹明基重金属离子固相荧光传感器的制备及应用。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

将氯乙酰氯微球、荧光分子探针和碳酸钠加入反应器，加入四氢呋喃和无水甲醇溶剂混合反应，得到固相荧光传感器。

附图说明

图1：固相荧光传感器加入不同浓度重金属离子的荧光光谱图

图2：固相荧光传感器加入edta的荧光光谱图

图3：重复利用的固相荧光传感器加入不同浓度重金属离子的荧光光谱图

图4：重复利用的固相荧光传感器加入edta的荧光光谱图

图5：固相荧光传感器对多种金属离子的选择性识别(黑色表示固相荧光传感器+多种金属离子，红色表示固相荧光传感器+hg²⁺+多种金属离子)

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施范例范围之中。

(1)制备荧光分子探针的方法：取罗丹明b，无水乙醇和水合肼或乙二胺或二乙烯三胺混合反应，制得到荧光分子探针。

(2)制各氯乙酰氯微球的方法：将聚苯乙烯微球、酰基化试剂和催化剂按一定摩尔比投料，加入溶剂二氯甲烷，通入氮气，搅拌下常温反应，制得到氯乙酰氯聚苯乙烯微球。

(3)制备固相荧光传感器的方法：将氯乙酰氯微球、荧光分子探针和碳酸钠按一定摩尔比投料，再加入四氢呋喃和无水甲醇溶剂混合反应，制得到固相传感器。

实施例1

(1)荧光分子探针rb-1的合成

称取罗丹明b，无水乙醇和水合肼(体积比为4∶1-10∶1)置于烧瓶中，80℃搅拌回流反应。反应液冷却过夜，用乙酸乙酯和水萃取，过滤，旋蒸除乙酸乙酯，得到荧光分子探针rb-1。

(2)固相荧光传感器rb-l1的合成

将氯乙酰氯微球、荧光分子探针rb-1和碳酸钠按摩尔比1∶1-4∶0.5-1置于烧瓶中，加入四氢呋喃和无水甲醇的混合溶剂(体积比为1∶1-1∶3)，60℃-70℃搅拌加热反应，用甲醇洗涤数次，抽滤，索氏提取24h，溶剂为甲醇，水浴温度70℃-80℃，真空干燥至恒重，得到固相传感器rb-l1。

(3)应用

称取适量固相荧光传感器，先向固相荧光传感器中加入1ml乙腈，每次分别滴加5-10滴不同浓度金属离子溶液，保证每次比色皿中溶液体积一定且金属离子浓度增加。比色皿中金属离子溶液浓度梯度逐渐增加，在激发波长543nm处，分别扫描不同浓度金属离子下，固相荧光传感器发射荧光光谱，实验结果如图1所示。

再分别加入10-15滴不同浓度的edta溶液，保证每次比色皿中溶液体积一定且edta浓度增加。比色皿中edta溶液浓度梯度逐渐增加，在激发波长543nm处，扫描固相荧光传感器发射荧光光谱图，实验结果如图2所示。

用乙腈洗涤上述络合过金属离子的固相荧光传感器数次，重复第一步，在激发波长543nm处，分别扫描不同浓度金属离子下，固相荧光传感器发射荧光光谱，实验结果如图3所示。

向上述重复利用的固相荧光传感器中滴加edta，再次络合固相荧光传感器上的金属离子，重复第二步，在激发波长543nm处，扫描固相荧光传感器发射荧光光谱图，实验结果如图4所示。

实施例2

(1)荧光分子探针rb-2的合成

取罗丹明b，无水乙醇和乙二胺(体积比为4∶1-8∶1)置于烧瓶中，75℃-80℃搅拌回流反应。反应液冷却过夜，用乙酸乙酯和水萃取，过滤，旋蒸除乙酸乙酯，得到荧光分子探针rb-2。

(2)固相荧光传感器rb-l2的合成

将氯乙酰氯微球、荧光分子探针rb-2和碳酸钠按摩尔比1∶1-3∶0.5-1置于烧瓶中，加入四氢呋喃和无水甲醇的混合溶剂(体积比为1∶1-1∶3)，60℃-70℃搅拌加热反应，用甲醇洗涤数次，抽滤，索氏提取24h，溶剂为甲醇，水浴温度70℃-80℃，真空干燥至恒重，得到固相传感器rb-l2。

(3)应用

称取适量固相荧光传感器，先向固相荧光传感器中加入1ml乙腈，每次分别滴加5-10滴不同浓度的金属离子溶液，保证每次比色皿中溶液体积一定且金属离子浓度增加。比色皿中金属离子溶液浓度梯度逐渐增加，在激发波长543nm处，分别扫描不同浓度金属离子下，固相荧光传感器发射荧光光谱，实验结果同实施例1。

再分别加入10-15滴不同浓度的edta溶液，保证每次比色皿中溶液体积一定且edta浓度增加。比色皿中edta溶液浓度梯度逐渐增加，在激发波长543nm处，扫描固相荧光传感器发射荧光光谱图，实验结果同实施例1。

用乙腈洗涤上述络合过金属离子的固相荧光传感器数次，重复第一步，在激发波长543nm处，分别扫描不同浓度金属离子下，固相荧光传感器发射荧光光谱，实验结果同实施例1。

向上述重复利用的固相荧光传感器中滴加edta，再次络合固相荧光传感器上的金属离子，重复第二步，在激发波长543nm处，扫描固相荧光传感器发射荧光光谱图，实验结果同实施例1。

实施例3

(1)荧光分子探针rb-3的合成

取罗丹明b，无水乙醇和二乙烯三胺(体积比为4∶1-6∶1)置于烧瓶中，75℃-80℃搅拌回流反应。反应液冷却过夜，用乙酸乙酯和水萃取，过滤，旋蒸除乙酸乙酯，得到荧光分子探针rb-3。

(2)固相荧光传感器rb-l3的合成

将氯乙酰氯微球、荧光分子探针rb-3和碳酸钠按摩尔比1∶1-5∶0.6-1置于烧瓶中，加入四氢呋喃和无水甲醇的混合溶剂(体积比为1∶1-1∶4)，60℃-70℃搅拌加热反应，用甲醇洗涤数次，抽滤，索氏提取24h，溶剂为甲醇，水浴温度70℃-80℃，真空干燥至恒重，得到固相传感器rb-l3。

(3)应用

称取适量固相荧光传感器，先向固相荧光传感器中加入1ml乙腈，每次分别滴加5-10滴不同浓度的金属离子溶液，保证每次比色皿中溶液体积一定且金属离子浓度增加。比色皿中金属离子溶液浓度梯度逐渐增加，在激发波长543nm处，分别扫描不同浓度金属离子下，固相荧光传感器发射荧光光谱，实验结果同实施例1。

再分别加入10滴不同浓度的edta溶液，保证每次比色皿中溶液体积一定且edta浓度增加。比色皿中edta溶液浓度梯度逐渐增加，在激发波长543nm处，扫描固相荧光传感器发射荧光光谱图，实验结果同实施例1。

用乙腈洗涤上述络合过金属离子的固相荧光传感器数次，重复第一步，在激发波长543nm处，分别扫描不同浓度金属离子下，固相荧光传感器发射荧光光谱，实验结果同实施例1。

向上述重复利用的固相荧光传感器中滴加edta，再次络合固相荧光传感器上的金属离子，重复第二步，在激发波长543nm处，扫描固相荧光传感器发射荧光光谱图，实验结果同实施例1。

最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明。但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容。本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。