一种用于检测钯离子荧光探针、制备方法及应用与流程

本发明涉及一种荧光探针、制备方法及应用，更具体地说涉及一种用于检测钯离子荧光探针、制备方法及应用。

背景技术：

钯在地球上的储量稀少，由于采掘条件的限制，钯的产量很少，属于贵金属，但拥有广泛的用途，在化学中，钯主要作为催化剂应用于大量反应，同时钯也用于制造牙科材料、手表和外科器具等。人类在生活中接触的钯主要是由于汽车尾气净化处理装置造成的，在尾气净化处理装置中，钯与铂、铑作为催化剂的活性成分来净化汽车尾气中的有害物质，但在净化过程中，由于高温、化学反应、机械摩擦等原因而使铂、钯、铑以颗粒物的形式随净化后的尾气排放到环境中，并在一定条件下转化为卤化物，通过空气、水和土壤进入生物链，对人体的健康产生潜在的损害。钯及其化合物经口摄人吸收很少，吸入的钯化合物主要滞留于肺部，吸收后的钯很快转运至肝、肾、脾、肾上腺、肺、骨骼等器官，会与人体中大分子物质，比如DNA,RNA,维生素，蛋白质发生络合效应，从而抑制细胞的正常功能。因此，定量检测钯离子的含量对维持人体正常生命活动有着重要的意义。

目前用于检测钯离子方法主要有：原子吸收光谱法、等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、固相微萃取-高效液相色谱法和荧光光谱法。但这些方法耗时长，响应慢，工艺复杂，而荧光光谱法能很好地克服这些缺点，所以需要研发出高选择性检测钯离子的荧光探针。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的不足，提供用于检测钯离子荧光探针，同时提供其制备方法及应用。该荧光探针可快速响应并高选择性检测钯离子。

本发明的技术构思如下：探针1及2可选择性与钯离子反应并产生绿色和红色荧光。该反应不受其他金属离子的干扰，能短时间内产生荧光强度，且产生的荧光强度与钯离子浓度线性相关，本发明首次制备探针1及2并首次将其用于钯离子的选择性检测。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

本发明的用于检测钯离子荧光探针，其具有如式1或2所示的结构：

其中R为H、CH₃或t-Bu。

本发明上述荧光探针的制备方法，其包括以下步骤：

将2-羟基-5-烷基苯甲醛、2-氨基-苯硫酚、焦亚硫酸钠溶解于无水DMF中，反应生成物质3，将物质3与乌洛托品溶解于三氟乙酸中，反应生成物质4，然后将物质4与溴丙炔、碳酸钾溶解于DMF中，反应得到探针1；再将探针1与1,3-茚二酮、哌啶加入到四氢呋喃中，反应得到探针2。

本发明上述的制备方法，其更进一步的技术方案是所述的反应生成物质3时其反应条件为100℃-120℃下回流反应3小时或以上；所述的反应生成物质4时其反应条件为90℃-100℃下回流反应6小时或以上；所述的反应得到探针1其反应条件为室温下反应15小时或以上；所述的反应得到探针2其反应条件为室温下反应6小时或以上。

本发明上述的制备方法，其更进一步的技术方案是包括以下步骤:

所述的反应生成物质3其反应结束后先在反应产物里加入蒸馏水，再过滤，水洗并干燥滤饼，所得产物即为物质3；

所述的反应生成物质4其反应结束后在反应产物里加入盐酸，然后用二氯甲烷萃取，并用水洗涤，旋干有机相，再用二氯甲烷作洗脱剂，在硅胶柱上纯化粗产品后，得到的产物即为物质4；

所述的反应得到探针1其反应结束后在反应物里加入水，再用乙酸乙酯萃取，然后用无水硫酸镁干燥，最后用二氯甲烷和正己烷作洗脱剂，在硅胶柱上纯化粗产品后，得到的产物即为探针1；

所述的反应得到探针2其反应结束后将反应物用二氯甲烷和水萃取，有机相用无水硫酸镁干燥，并旋干，再用二氯甲烷和正己烷作洗脱剂，在硅胶柱上纯化粗产品后，得到的产物即为探针2。

本发明上述的制备方法，其更进一步的技术方案还可以是所述的2-羟基-5-烷基苯甲醛、2-氨基-苯硫酚与焦亚硫酸钠的用量质量比为1:1:1-1：1：3；所述的物质3与乌洛托品的用量质量比为1:1-1：3；所述的物质4与溴丙炔、碳酸钾的用量质量比为1:1-1：3；所述的探针1与1,3-茚二酮、哌啶的用量质量比为3:1-1：3。

本发明还提供上述荧光探针在检测钯离子中的应用。

本发明具有以下有益效果：

1)本发明两种荧光探针在溶液中无色且无荧光，与钯离子反应后显示黄色，探针1发出强烈的绿色荧光，探针2发出强烈的红色荧光。

2)采用本发明的荧光探针后，检测灵敏度高，两种探针对钯离子的检测限分别可达10^-7M和10^-8M。

3)本发明荧光探针仅与钯离子发生荧光反应，对其他金属离子均无反应，具有很好的选择性和特异性。而且，对其他形式的钯离子均有检测效果。

4)本发明荧光探针制备工艺简单易行，易于规模化生产。

附图说明

图1为本发明实施例Ⅰ-1制得荧光探针1(R＝-CH₃)纯品的¹HNMR图。

图2为本发明实施例Ⅰ-1制得荧光探针1(R＝-CH₃)纯品的高分辨质谱图。

图3为本发明实施例Ⅰ-2荧光探针1(R＝-CH₃)与各种金属离子反应的荧光发射光谱。

图4为本发明实施例Ⅰ-2荧光探针1(R＝-CH₃)的紫外可见吸收光谱。

图5为本发明实施例Ⅰ-3荧光探针1(R＝-CH₃)与钯离子反应的荧光增量图。

图6为本发明实施例Ⅰ-3荧光探针1(R＝-CH₃)对钯离子浓度的荧光强度工作曲线。

图7为本发明实施例Ⅰ-4荧光探针1(R＝-CH₃)对三种不同形式钯浓度的荧光强度工作曲线。

图8为本发明实施例Ⅱ-1制得荧光探针2(R＝-CH₃)纯品的¹HNMR图。

图9为本发明实施例Ⅱ-1制得荧光探针2(R＝-CH₃)纯品的高分辨质谱图。

图10为本发明实施例Ⅱ-2荧光探针2(R＝-CH₃)与各种金属离子反应的荧光发射光谱。

图11为本发明实施例Ⅱ-2荧光探针2(R＝-CH₃)的紫外可见吸收光谱。

图12为本发明实施例Ⅱ-3荧光探针2(R＝-CH₃)与钯离子反应的荧光增量图。

图13为本发明实施例Ⅱ-3荧光探针2(R＝-CH₃)对钯离子浓度的荧光强度工作曲线。

图14为本发明实施例Ⅱ-4荧光探针2(R＝-CH₃)对三种不同形式钯浓度的荧光强度工作曲线。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例Ⅰ，Ⅱ对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

实施例Ⅰ-1 制备释放绿色荧光的探针1(R＝-CH₃)

将5g 2-羟基-5-甲基苯甲醛，4.6g 2-氨基苯硫酚和6g焦亚硫酸钠溶解在50mL的DMF中；在110℃下回流3小时；反应结束后，冷却到室温，再加入50mL蒸馏水洗涤，产生沉淀，过滤，水洗滤饼5次，并将得到的固体在真空干燥向内烘干得到8.5g白色固体物质3；称取2.5g所得物质3，与4.5g六亚甲基四胺溶解于15mL的三氟乙酸中，在100℃下回流6小时；反应结束后，加入4mol/L的HCl 200mL洗涤，酸性溶液用二氯甲烷萃取有机相，再加入盐水洗涤，分液，有机相用无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩；以二氯甲烷为洗脱剂，在硅胶柱上纯化粗产品，得到2g浅黄色固体物质4；然后将0.5g物质4溶解到DMF中，并加入0.616g碳酸钾，室温下搅拌20分钟，之后加入0.531g溴丙炔，室温下反应15小时；反应结束后，加入水，用乙酸乙酯萃取有机相，再加入盐水洗涤，分液，有机相用无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩；以二氯甲烷和正己烷(2:3，V/V)为洗脱剂，在硅胶柱上纯化粗产品，得到0.4g白色固体探针1(R＝-CH₃)，即为探针1(R＝-CH₃)纯品(¹HNMR图和高分辨质谱图见图1，图2)。所得荧光探针纯品实测分子量为307。

本实施例工艺路线：

实施例Ⅰ-2 制得钯离子荧光探针与各种金属离子的光谱性质

称取3mg实施例Ⅰ-1制得钯离子荧光探针，配成浓度为1mM的10mL DMSO溶液，作为母液。

荧光光谱测试：将30μL上述母液加入到一定量的HEPES缓冲液(pH7.4)中，然后分别加入各种金属离子：Pd²⁺，Pb²⁺，Cr3⁺，Ag⁺，Cu²⁺，Li⁺，Fe²⁺，Zn²⁺，Eu³⁺，Co³⁺，Hg²⁺，Zr⁴⁺，Cs²⁺，K⁺，Na⁺，Cd²⁺，Fe³⁺，Mg²⁺，Ni²⁺，Mn²⁺，Al³⁺，Ca²⁺之一，使Pd²⁺终浓度为100μM，其他金属离子终浓度为200μM，荧光探针终浓度为10μM。常温下反应5min，在356nm激发光波长下测试其荧光发射光谱。激发与发射的狭缝宽度为10nm：5nm。所得结果如图3所示。

吸收光谱测试：将30μL上述母液加入到一定量的HEPES缓冲液(pH7.4)中，然后加入金属离子Pd²⁺，使Pd²⁺终浓度为100μM，荧光探针终浓度为10μM。常温下反应5min后，测试其吸收光谱。所得结果如图4所示。

以上结果表明：

(1)实施例Ⅰ-1制得荧光探针本身在溶液中呈无色且无荧光，但随钯离子的加入，该探针在393nm处产生吸收，并在543nm处产生绿色荧光。

(2)实施例Ⅰ-1制得荧光探针对钯离子具有高度的选择性和特异性。

实施例Ⅰ-3 制得钯离子荧光探针与钯离子反应产物的光谱性质

将30μL实施例Ⅰ-2中的母液加入到一定量的HEPES缓冲液(pH7.4)中，然后加入不同当量的氯化钯溶液，使荧光探针的终浓度为10μM，钯离子终浓度分别为0μM,2μM，4μM，6μM，8μM，10μM，12μM，14μM，16μM，18μM，20μM，22μM。常温下反应5min后，测量其荧光发射光谱。在356nm激发光波长下测试其荧光发射光谱。激发与发射的狭缝宽度为10nm：5nm。所得荧光增量图见图5；以543nm处的荧光强度数据制作工作曲线，结果见图6。

该实验结果表明，反应后的荧光强度随钯离子浓度的增加而增加；当采用终浓度10μM的荧光探针时，反应后荧光强度与0-22μM范围内的钯离子浓度呈线性关系，可以用于钯离子的定量检测。

实施例Ⅰ-4 制得钯离子荧光探针对三种含钯化合物的选择性

将30μL实施例Ⅰ-2中的母液加入到一定量的HEPES缓冲液(pH7.4)中，然后分别加入0μL和30μL的氯化钯，氯钯酸氨，醋酸铵溶液，使荧光探针的终浓度为10μM，钯离子终浓度为100μM。常温下反应5min后，测量其荧光发射光谱。在357nm激发光波长下测试其荧光发射光谱。激发与发射的狭缝宽度为10nm：5nm。以三种含钯化合物在543nm处的荧光强度数据与没加入钯离子在543nm处的荧光强度数据比值制作工作曲线，结果见图7。

该实验结果表明：实施例Ⅰ-1制得荧光探针能够检测不同形式的钯离子，具有普遍的适用性。

实施例Ⅱ-1 制备释放红色荧光的探针2(R＝-CH₃)

将5g 2-羟基-5-甲基苯甲醛，4.6g 2-氨基苯硫酚和6g焦亚硫酸钠溶解在50mL的DMF中；在110℃下回流3小时；反应结束后，冷却到室温，再加入50mL蒸馏水洗涤，产生沉淀，过滤，水洗滤饼5次，并将得到的固体在真空干燥箱内烘干得到8.5g白色固体物质3；称取2.5g所得物质3，与4.5g六亚甲基四胺溶解于15mL的三氟乙酸中；在100℃下回流6小时；反应结束后，加入4mol/L的HCl 200mL洗涤，酸性溶液用二氯甲烷萃取有机相，再加入盐水洗涤，分液，有机相用无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩；以二氯甲烷为洗脱剂，在硅胶柱上纯化粗产品，得到2g浅黄色固体物质4；然后将0.5g物质4溶解到DMF中，并加入0.616g碳酸钾，室温下搅拌20分钟，之后加入0.531g溴丙炔，室温下反应15小时；反应结束后，加入水，用乙酸乙酯萃取有机相，再加入盐水洗涤，分液，有机相用无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩；以二氯甲烷和正己烷(2:3，V/V)为洗脱剂，在硅胶柱上纯化粗产品，得到0.4g白色固体1；将0.307g白色固体和0.161g 1,3-茚二酮溶解在20mL四氢呋喃中，再滴加三滴哌啶，于室温下反应6小时；反应完成后，加入水，用二氯甲烷萃取有机相，再加入盐水洗涤，分液，有机相用无水硫酸镁干燥，过滤，浓缩；以二氯甲烷和正己烷(2:1，V/V)为洗脱剂，在硅胶柱上纯化粗产品，得到0.12g黄色固体探针2(R＝-CH₃)，即为探针2(R＝-CH₃)纯品(¹HNMR图和高分辨质谱图见图8,图9)。所得荧光探针纯品实测分子量为435。

本实例工艺路线：

实施例Ⅱ-2 制得钯离子荧光探针与各种金属离子的光谱性质

称取3mg实施例Ⅱ-1制得钯离子荧光探针，配成浓度为1mM的10mL DMF溶液，作为母液。

荧光光谱测试：将30μL上述母液加入到一定量的THF-HEPES缓冲液(5:2v/v，pH7.4)中，然后分别加入各种金属离子：Pd²⁺，Pb²⁺，Cr3⁺，Ag⁺，Cu²⁺，Li⁺，Fe²⁺，Zn²⁺，Eu³⁺，Co³⁺，Hg²⁺，Zr⁴⁺，Cs²⁺，K⁺，Na⁺，Cd²⁺，Fe³⁺，Mg²⁺，Ni²⁺，Mn²⁺，Al³⁺，Ca²⁺之一，使Pd²⁺终浓度为100μM，其他金属离子终浓度为200μM，荧光探针终浓度为10μM。在37℃下反应20min，在437nm激发光波长下测试其荧光发射光谱。激发与发射的狭缝宽度为5nm。所得结果如图10所示。

吸收光谱测试：将30μL上述母液加入到一定量的THF-HEPES缓冲液(5：2v/v，pH7.4)中，然后加入金属离子Pd²⁺，使Pd²⁺终浓度为100μM，荧光探针终浓度为10μM。在37℃下反应20min，测试其吸收光谱。所得结果如图11所示。

以上结果表明：

(1)实施例Ⅱ-1制得荧光探针本身在溶液中呈无色且无荧光，但随钯离子的加入，该探针在425nm处产生吸收，并在642nm处产生红色荧光。

(2)实施例Ⅱ-1制得荧光探针对钯离子具有高度的选择性和特异性。

实施例Ⅱ-3 制得钯离子荧光探针与钯离子反应产物的光谱性质

将30μL实施例Ⅱ-2中的母液加入到一定量的THF-HEPES缓冲液(5：2v/v，pH7.4)中，然后加入不同当量的氯化钯溶液，使荧光探针的终浓度为10μM，钯离子终浓度分别为0μM,1μM，2μM，3μM，4μM，5μM，6μM，7μM，8μM，9μM，10μM，11μM，12μM，13μM。在37℃下反应20min后，测量其荧光发射光谱。在437nm激发光波长下测试其荧光发射光谱。激发与发射的狭缝宽度为5nm。所得荧光增量图见图12；以642nm处的荧光强度数据制作工作曲线，结果见图13。

该实验结果表明，反应后的荧光强度随钯离子浓度的增加而增加；当采用终浓度10μM的荧光探针时，反应后荧光强度与0-13μM范围内的钯离子浓度呈线性关系，可以用于钯离子的定量检测。

实施例Ⅱ-4 制得钯离子荧光探针对三种含钯化合物的选择性

将30μL实施例Ⅱ-2中的母液加入到一定量的的THF-HEPES缓冲液(5：2v/v，pH7.4)中，然后分别加入0μL和30μL氯化钯，氯钯酸氨，醋酸铵溶液，使荧光探针的终浓度为10μM，钯离子终浓度为100μM。在37℃下反应20min后，测量其荧光发射光谱。在437nm激发光波长下测试其荧光发射光谱。激发与发射的狭缝宽度为5nm。以三种含钯化合物在642nm处的荧光强度数据与没加入钯离子在642nm处的荧光强度数据比值制作工作曲线，结果见图14。

该实验结果表明：实施例Ⅱ-1制得荧光探针能够检测不同形式的钯离子，具有普遍的适用性。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。