专利名称：一种检测水介质中痕量汞的荧光分析方法
技术领域：
本发明涉及一种检测水介质中痕量汞的荧光分析方法，属材料制备技术领域。 汞是一种剧毒的、严重污染环境的物质。汞的污染是普遍存在的，一旦汞被引入到 水环境中，细菌就会把无机的汞转变成甲基水银，进入到食物链，在高级生物体中聚积，特 别是在可食用的鱼中聚积。甲基水银是神经毒害剂，据信它是导致出生前婴儿脑损伤的一 种原因，它也可引起人的认知能力和运动功能的紊乱，和水俣病。除了人们更加努力地采取 各项严格的措施以减小汞在环境中的释放外，环境污染的检测、控制和治理的也是一个重 要的发展方面。 然而，一个巨大的挑战是发展一种能在水中检测Hg2+的价格便宜、灵敏的传感器， 且可以高选择性地区分水溶液中其他竞争分析物的干扰。传统的检测汞的方法昂贵而且费 时，例如原子吸收光谱，诱导耦合的等离子质谱。相比较而言，涉及到荧光分子的光学检测 方法由于仪器简单，操作简便，特别受到各国研究工作者的广泛关注。然而，大多数的Hg" 离子荧光传感器是基于有机小分子。而且通常是在有机溶剂中使用的。采用基于水溶性共 额聚合物，特别是共额寡聚物的Hg2+离子荧光传感器鲜有报道。 本发明采用水溶性的寡聚芘的衍生物与短链富含碱基T的均聚核酸形成的复合 物作为荧光探针，通过寡聚芘的衍生物间形成的堆积而产生荧光自淬灭，实现了水 介质中Hg2+的高灵敏，高选择性的识别。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于水溶性的寡聚芘的衍生物与短链富
含碱基T的均聚核酸形成的复合物荧光探针，来检测水介质中Hg2+的方法。本发明的方法
操作简单，并具有很好的可重复性。本发明最大优点在于所制备的复合物荧光探针，具有水
溶性，可实现对水介质中Hg2+进行高灵敏和特异性识别。 本发明所合成的寡聚物荧光探针分子的化学结构式为 寡聚物名称寡聚(N、N、N、N4，N4，N4-六甲基-2-(芘基-l-甲酰氧基)丁基_1，
4-二甲基溴化胺合成路线如下
背景技术：
3<formula>formula see original document page 4</formula> 化合物l 化合物2 化合物3 化合物4 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为该寡聚芘的衍生物复合物荧光探针检测水介质中Hg2+的方法包括以下具体步骤 1)化合物l的合成在50mL的圆底烧瓶中加入芘甲酸(200mg，0. 813mmol)及20mL二氯甲烷，并加入一滴N， N 二甲基甲酰胺作为催化剂。混合溶液用冰水浴冷却。然后，在10min内逐步滴加入0. 21mL草酰氯(2. 44mmol)。反应8h后经旋转蒸发除去溶剂。之后加入50mL甲苯后，再经旋转蒸发后得到淡琥珀色的粗产品。将该产物用甲苯和正己烷的混合溶剂(v/v= 1/1)于-2(TC下重结晶纯化24h，最后得到白色的晶体，产率97X (242mg)，熔
点88-90。C ; 2)化合物2的合成将碳酸钾(88mg，0. 813,1)和芘甲酰氯(200mg，0. 813,1)溶解在5mL二氯甲烷中并加入一滴N， N-二甲基甲酰胺作为催化剂。然后，在5分钟内逐步滴加0. 2mL 1，4- 二溴-2- 丁醇(0. 39mL， 1. 19mmo1)。混合溶液用冰水浴控制反应温度在0t:。待反应冷却后，浓縮混合溶液，然后用3X40mL 5%碳酸钾水溶液(重量比)和3X40mL水溶液反复洗涤三次，并放入真空烘箱中干燥。该粗产物以氯仿为洗脱剂采用硅胶柱进行纯化，得到浅黄色粘性油状物303mg，产率95% ; 3)化合物3的合成化合物2的电化学聚合在EG&G普林斯顿应用研究所制造的273A和电化学综合分析仪上进行。工作电极和对电极是一对平行放置的面积为l.Ocm2的铂电极，它们间的垂直距离为l.Ocm。参比电极为新制备的自制的Ag/AgCl。典型的电解液为5mmoL—1化合物2的三氟化硼乙醚溶液。聚合前，首先在电解液通入高纯氮气，然后在0.75V(vs.Ag/AgCl)的工作电压下电化学聚合22小时。反应结束后，将聚合膜从铂电极上剥下，并立即用无水乙醚清洗。所得的产物在真空条件下干燥，得到31mg产物，产率为
35% ; 4)化合物4(荧光共轭寡聚芘衍生物)的合成将2.3mL三甲胺加入到化合物3(10mg)的四氢呋喃(3mL)溶液中。混合液在室温条件下搅拌50小时。然后在减压条件下将溶剂除去。得到的固体样品用四氢呋喃清洗三次，然后在真空条件下干燥，得到11.7mg产物，产率为93% ; 5)将荧光共轭寡芘衍生物溶解及短链富含碱基T的均聚核酸分别配制成一定浓度的水溶液，然后混合。复合得到的荧光探针溶液即可用于他2+样品的荧光分析。
所述步骤(3)中，使用的工作电极和对电极也可是其它惰性电极。
所述步骤(5)中，使用的DNA为含12个T碱基的单链寡聚核酸。
与现有技术相比，本发明的优点在于 基于有机小分子的Hg2+荧光传感器通常是在有机溶剂中使用的，因而其应用性受到了限制。与之相比，本发明实现了直接对水介质中痕量Hg2+进行高灵敏和特异性识别，所以在环境水的检测分析上，具有很好的实际应用价值。
1.与传统原子吸收光谱，诱导耦合的等离子质谱检测Hg2+的方法相比，本发明所涉及的荧光探针制备成本低，具有对水介质中痕量Hg"即时响应的特点；
2.制备工艺较为简单，检测结果具有较高可重复性。
图1为本发明实施例一所制得的共轭寡芘衍生物溶解及短链富含碱基T的均聚核酸复合物与各金属离子间选择性荧光淬灭图； 图2为本发明实施例二所制得的共轭寡芘衍生物溶解及短链富含碱基T的均聚核酸复合物与各金属离子间选择性荧光淬灭图； 图3为本发明实施例三所制得的共轭寡芘衍生物溶解及短链富含碱基T的均聚核酸复合物与各金属离子间选择性荧光淬灭具体实施例方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例一 称取适量所合成的共轭寡聚芘衍生物及含12个碱基T的均聚核酸分别置于两试剂瓶中，并用超纯水溶解配制成等摩尔浓度的水溶液，其浓度值为1X10—5mol L—、之后将两溶液在室温下混合，并静置10min。移取13份5mL该溶液作为检测液。然后，向该体系中滴加待测的K+， Ba2+， Ca2+， Cd2+， Co2+， Cu2+， Fe3+， Fe2+， Mg2+， Mn2+， Ni2+， Pb2+， Zn2+样品。各离子的最后浓度均为8.7X10—5mol L—、复合物检测液对Hg2+的荧光响应，于25。C下，用FL 4600型荧光仪对荧光传感体系在465nm处的荧光强度进行记录而得到，激发波长为340nm。如图1所示，此时，传感分子荧光响应基本不受水介质环境背景中相关的碱金属和碱土间金属及过渡金属离子的影响。之后，向该体系中滴加待测的Hg2+，浓度为1X10—5mol L—、如图1所示，此时，传感分子荧光淬灭值达76%。实验结果还揭示，当探针体系中滴加待测的他2+浓度为1X10—8mol L—工时，即可使传感体系产生明显的荧光淬灭现象，表明，本发明的荧光探针可以高灵敏、高选择检测纯水介质中的Hg2+。
实施例二 称取适量所合成的共轭寡聚芘衍生物及含12个碱基T的均聚核酸分别置于两试剂瓶中，并用浓度为10m mol L—1 ;pH = 6. 0的Tris-HCl缓冲液溶解，配制成等摩尔浓度的水溶液，其浓度值为1X10—5mol L—、之后将两溶液在室温下混合，并静置10min。移取13份5mL该溶液作为检测液。然后，向该体系中滴加待测的K+， Ba2+， Ca2+， Cd2+， Co2+， Cu2+， Fe3+，F^+，Mg^M^+，Ni^Pb^Z^+样品。各离子的最后浓度均为8.7X10—5mol L-W L-、复合物检测液对Hg"的荧光响应，于25°CT，用FL 4600型荧光仪对荧光传感体系在465nm处的荧光强度进行记录而得到，激发波长为340nm。如图1所示，此时，传感分子荧光响应基本不
受水介质环境背景中相关的碱金属和碱土间金属及过渡金属离子的影响。之后，向该体系中滴加待测的Hg"，浓度为1X10—5mol L—、如图1所示，此时，传感分子荧光淬灭值达76%。实验结果还揭示，当探针体系中滴加待测的Hg2+浓度为1 X 10—8mol L—1时，即可使传感体系产生明显的荧光淬灭现象，表明，本发明的荧光探针可以高灵敏、高选择检测纯水介质中的
实施例三 称取适量所合成的共轭寡聚芘衍生物及含12个碱基T的均聚核酸分别置于两试剂瓶中，并用浓度为10m mol L—1 ;pH = 7. 4的Tris-HCl缓冲液溶解，配制成等摩尔浓度的水溶液，其浓度值为1X10—5mol L—、之后将两溶液在室温下混合，并静置10min。移取13份5mL该溶液作为检测液。然后，向该体系中滴加待测的K+， Ba2+， Ca2+， Cd2+， Co2+， Cu2+， Fe3+，F^+，Mg^M^+，Ni^Pb^Z^+样品。各离子的最后浓度均为8.7X10—5mol L-W L-、复合物检测液对Hg"的荧光响应，于4(TC下，用FL 4600型荧光仪对荧光传感体系在465nm处的荧光强度进行记录而得到，激发波长为340nm。如图1所示，此时，传感分子荧光响应基本不
受水介质环境背景中相关的碱金属和碱土间金属及过渡金属离子的影响。之后，向该体系中滴加待测的Hg"，浓度为1X10—5mol L—、如图1所示，此时，传感分子荧光淬灭值达76%。实验结果还揭示，当探针体系中滴加待测的Hg2+浓度为1 X 10—8mol L—1时，即可使传感体系产生明显的荧光淬灭现象，表明，本发明的荧光探针可以高灵敏、高选择检测纯水介质中的
Hg2+。 本发明提出了一种检测水介质中Hg2+的高灵敏，高选择性的识别的方法。通过电化学技术可得到水溶性的寡聚芘的衍生物。将其与富含碱基T的短链均聚核酸在水相进行等摩尔比的分子复合，可得到复合物荧光探针。该荧光探针通过寡聚芘的衍生物间形成的堆积而产生荧光自淬灭，可最终实现对水介质中他2+的高灵敏，高选择性的检测。
本发明所涉及的荧光探针具有较好的水溶性，无需有机或有机混合溶剂的溶解，因而，在与Hg"相关的环境水检测分析上，具有重要的实际应用价值或潜在的应用前景。
权利要求
一种检测水介质中痕量Hg2+的高灵敏，高选择性的识别的方法，其包括以下具体步骤1)化合物1的合成以N，N二甲基甲酰胺作为催化剂，将芘甲酸与草酰氯进行反应；2)化合物2的合成以N，N二甲基甲酰胺作为催化剂，将化合物1与1，4-二溴-2-丁醇进行反应；3)化合物3的合成在EG&G普林斯顿应用研究所制造的273A和电化学综合分析仪上，将化合物2进行电化学聚合；4)化合物4(荧光共轭寡聚芘衍生物)的合成将化合物3与三甲胺进行反应；5)将荧光共轭寡芘衍生物溶解及短链富含碱基T的均聚核酸分别配制成一定浓度的水溶液，然后混合。复合得到的荧光探针溶液即可用于Hg2+样品的荧光分析。
2. 根据权利要求1所述的检测水介质中痕量Hg2+的高灵敏，高选择性的识别的方法， 其特征在于所述步骤(5)中通过荧光共轭寡芘衍生物及富含碱基T的短链均聚核酸首先 在水相中溶解，然后混合来实现分子复合物荧光探针的制备。
全文摘要
一种检测水介质中痕量Hg2+的高灵敏，高选择性的识别的方法，其包括以下具体步骤(1)通过化学及电化学技术合成水溶性的寡聚芘的衍生物；(2)将其与富含碱基T的短链均聚核酸在水相进行等摩尔比的分子复合，即可得到用于Hg2+检测的荧光探针。本发明通过寡聚芘的衍生物与富含碱基T的短链均聚核酸在水相的分子复合，实现了对水介质中痕量Hg2+的高灵敏，高选择性检测，为水介质中痕量离子检测提供了的一种有效的方法，对于环境水中的Hg2+的检测具有重要的意义和实际应用价值。
文档编号C07C213/02GK101706437SQ20091018044
公开日2010年5月12日 申请日期2009年10月15日 优先权日2009年10月15日
发明者张新霓, 陈友强 申请人:青岛大学