一种检测铝离子的荧光探针及其制备方法与应用与流程

[0001]
本发明涉及一种含偶氮结构的萘酚衍生物铝离子荧光探针及其合成方法与应用。


背景技术：

[0002]
铝本身是一种慢性毒性元素，不属于人体的必须微量元素，摄入过量会对人体产生一定的危害。研究表明，食品中含铝量过高，将导致人的早期衰老；铝在脑中蓄积可引起大脑神经的退化、记忆力衰退、智力和性格也会受到影响，甚至呈现老年性痴呆；当体内铝蓄积量超过正常的5-16倍时，可抑制肠道对磷的吸收，干扰体内正常的钙、磷新陈代谢。另外，高浓度的铝离子蓄积在土壤中，会使土壤ph值降低，造成土壤酸化从而影响植物的正常生长。因此铝离子的有效检测和监控对于人体和环境有着十分重要的意义。
[0003]
目前，常用的铝离子检测方法有原子吸收光谱法、紫外可分光光度法、电感耦合等离子质谱法等。但由于上述方法存在操作繁琐、设备价格昂贵、对操作人员要求较高等不足，使检测方法的普及受到限制。荧光探针检测法具有操作简便、检测效果肉眼可见、选择性好、灵敏度高、抗干扰力强、可活体检测等优点，在金属离子的检测中得到广泛应用。
[0004]
本发明将荧光探针检测法用于铝离子的检测。偶氮化合物结构中具有特征基团偶氮基(-n＝n-)，主要通过重氮盐的偶联反应制得。偶氮基能吸收一定波长的可见光，是一个发色团，在其两侧引入芳香环，可以使化合物对光热等外界因素更加稳定。同时，偶氮基中n原子上的孤对电子，可以为金属离子提供络合位点，因此，偶氮类化合物可以用于金属离子荧光探针的设计。本发明以6-氨基间甲酚和1-萘酚为原料制备偶氮类荧光探针，结构中多氧、多氮的结构片段，可以快速结合铝离子，从而实现对铝离子的“off-on”荧光检测。


技术实现要素：

[0005]
本发明设计并合成一种含偶氮结构的萘酚衍生物荧光探针并将其应用于中草药中铝离子分析检测中。
[0006]
本发明中荧光探针的结构式如下：
[0007][0008]
本发明中荧光探针的合成反应式如下：
[0009]
[0010]
上述荧光探针的合成方法，包括以下步骤：
[0011]
(一)：向0℃、ph＝3的6-氨基间甲酚水溶液中滴加20％的亚硝酸钠溶液，直至6-氨基间甲酚完全溶解得到其重氮盐水溶液。其中，6-氨基间甲酚与亚硝酸钠的反应摩尔比为1:1.3。
[0012]
(二)：冰水浴下，将6-氨基间甲酚的重氮盐水溶液滴加到1-萘酚的ph＝8 甲醇溶液中，室温反应4h后后处理得到荧光探针。其中，6-氨基间甲酚与 1-萘酚的反应摩尔比为1:0.8。
[0013]
进一步的，步骤(二)中的后处理方法为：在反应完全后将体系调节至 ph＝2，有大量固体析出，抽滤、水洗、取固体柱层析pe:ea＝2:1，得到红色固体粉末。
[0014]
上述的荧光探针，可用于铝离子的定性与定量分析。
[0015]
铝离子定性检测：分别取3ml浓度为2
×
10-5
mol/l的探针 meoh/hepes(9/1，v/v)溶液，加30μl 0.1mol/l的不同的金属离子水溶液，测定其荧光强度。
[0016]
进一步的，加入的金属离子水溶液可以为ag
+
、al
3+
、ba
2+
、ca
2+
、cd
2+
、 co
2+
、cr
2+
、cs
2+
、cu
2+
、fe
2+
、hg
2+
、k
+
、li
+
、mg
2+
、mn
2+
、na
+
、ni
2+
、 zn
2+
中的一种。
[0017]
铝离子定量检测：向3ml浓度为2
×
10-5
mol/l的探针meoh/hepes(9/1， v/v)溶液中，连续滴加0.01mol/l的铝离子水溶液，并测定体系荧光强度变化，绘制荧光强度与铝离子浓度线性关系。
[0018]
进一步的，检测体系中铝离子浓度分别为30μm、50μm、70μm、90μm、110μm、130μm、150μm、170μm、190μm。
[0019]
本发明中的荧光探针，可用于中草药中铝离子的检测。
[0020]
将中草药白芍粉碎，称取一定量的样品于混酸中加热消解，加水将样品液稀释，定容成ph＝7.4测试溶液。将测试溶液在不同的加标量下进行荧光测试，并且计算加标回收率。
[0021]
本发明的有益效果如下：
[0022]
本发明制备的偶氮类荧光探针结构新颖，原料易得，合成操作简便，产品纯度好，性质稳定，为偶氮化合物的实际应用提供有利条件。
[0023]
本发明制备的荧光探针，荧光性能优异，可以快速络合铝离子，实现对铝离子的“off-on”检测。该检测过程在紫外灯365nm下肉眼可见。
[0024]
本发明制备的荧光探针，可避免其它金属离子的干扰，实现对铝离子的高效、专一性、选择性识别。
[0025]
本发明制备的荧光探针，对铝离子的检测极限可低至8.4
×
10-7
mol/l，可以实现铝离子的微量检测。
[0026]
本发明制备的荧光探针，可用于中草药中铝离子的检测。
[0027]
图1为实施例1制备的荧光探针1h nmr谱图；
[0028]
图2为实施例1制备的荧光探针
13
c nmr谱图；
[0029]
图3为实施例1制备的荧光探针红外谱图；
[0030]
图4为荧光探针对铝离子选择性识别图；
[0031]
图5为荧光探针识别铝离子抗干扰性能分析图；
[0032]
图6为荧光强度与铝离子浓度线性关系图；
[0033]
图7为job
’
s plot曲线图；
[0034]
表1为中草药中铝离子添加回收率测定数据表。
具体实施方式
[0035]
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
[0036]
具体实施方式一：本实施方式含偶氮结构的萘酚衍生物荧光探针的结构式如下：
[0037][0038]
具体实施方式二：本实施方式中荧光探针的合成方法如下：
[0039]
(一)：向0℃、ph＝3的6-氨基间甲酚水溶液中滴加20％的亚硝酸钠溶液，直至6-氨基间甲酚完全溶解得到其重氮盐水溶液。其中，6-氨基间甲酚与亚硝酸钠的反应摩尔比为1:1.3。
[0040]
(二)：冰水浴下，将6-氨基间甲酚的重氮盐水溶液滴加到1-萘酚的ph＝8 甲醇溶液中，室温反应4h后后处理得到荧光探针。其中，6-氨基间甲酚与 1-萘酚的反应摩尔比为1:0.8。
[0041]
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤(二)中的后处理方法为：在反应完全后将体系调节至ph＝2，有大量固体析出，抽滤、水洗、取固体柱层析pe:ea＝2:1，得到红色固体粉末。其它与具体实施方式二相同。
[0042]
具体实施方式四：本实施方式中的荧光探针在铝离子的定性及定量检测中的应用。
[0043]
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：荧光探针对铝离子定性分析的具体方法是：分别取3ml浓度为2
×
10-5
mol/l的探针 meoh/hepes(9/1，v/v)溶液，加入30μl 0.1m的不同金属离子水溶液，测定体系荧光强度变化，绘制荧光强度与金属离子种类曲线图。其它与具体实施方式四相同。
[0044]
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：金属离子可以为ag
+
、al
3+
、ba
2+
、ca
2+
、cd
2+
、co
2+
、cr
2+
、cs
2+
、cu
2+
、fe
2+
、hg
2+
、 k
+
、li
+
、mg
2+
、mn
2+
、na
+
、ni
2+
或zn
2+
中的一种。其它与具体实施方式四或五相同。
[0045]
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四不同的是：荧光探针抗金属离子干扰能力分析的具体方法为：分别取3ml浓度为2
×
10-5
mol/l的探针meoh/hepes(9/1，v/v)溶液，加入30μl 0.1m的铝离子水溶液，反应3min 后，分别加入一种或多种30μl0.1m的干扰离子水溶液，测定荧光强度变化，绘制荧光强度与金属离子种类关系柱状图。其它与具体实施方式四相同。
[0046]
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四或七不同的是：干扰金属离子可以为ag
+
、ba
2+
、ca
2+
、cd
2+
、co
2+
、cr
2+
、cs
2+
、cu
2+
、fe
2+
、hg
2+
、 k
+
、li
+
、mg
2+
、mn
2+
、na
+
、ni
2+
或zn
2+
中的一种或几种。其它与具体实施方式四或七相同。
[0047]
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四不同的是：al
3+
的定量分析具体方法为：分别取3ml浓度为2
×
10-5
mol/l的探针meoh/hepes(9/1， v/v)溶液，向其中连续滴加0.01m的铝离子水溶液，测定荧光强度变化，绘制荧光强度与铝离子浓度线性关系。其它与具体实施方式四相同。
[0048]
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四或九不同的是：检测体系中铝离子的浓度为30μm、50μm、70μm、90μm、110μm、130μm、150μm、 170μm、190μm。其它与具体实施方式四或九相同。
[0049]
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式四不同的是：al
3+
与荧光探针结合化学计量比的测定方法为：在3ml测试体系中，荧光探针与铝离子的总浓度为2
×
10-5
mol/l，改变测试体系中两者的比例，测定荧光强度变化，绘制荧光强度与铝离子含量关系job
’
s plot曲线图。其它与具体实施方式四相同。
[0050]
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式四或十一不同的是：检测体系中荧光探针与铝离子浓度比例分别为1:9、2:8、3:7、4:6、5:5、6:4、 7:3、8:2、9:1。其它与具体实施方式四或十一相同。
[0051]
具体实施方式十三：本实施方式中的荧光探针可用于中草药中铝离子检测。将中草药白芍粉碎，称取一定量的样品于混酸中加热消解，加水将样品液稀释，定容成ph＝7.4测试溶液。将测试溶液在不同的加标量下进行荧光测试，并且计算加标回收率。
[0052]
下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0053]
实施例一：
[0054]
本实施例荧光探针的合成方法，包括以下步骤：
[0055]
(一)：取6-氨基间甲酚0.3g于25ml圆底烧瓶中，加入1.5ml蒸馏水，并用盐酸调节体系ph＝3。取nano20.22g配置成20％nano2水溶液备用。在冰水浴下向圆底烧瓶中滴加20％nano2溶液，约1h滴加完成，继续反应0.5h 直至6-氨基间甲酚完全溶解，并向其中加入适量尿素中和未反应的nano2。
[0056]
(二)：冰水浴下，将1-萘酚0.28g和5ml甲醇加入到50ml圆底烧瓶中，滴入上述重氮盐水溶液并且维持体系ph＝8，室温反应4h，tlc监控反应完全后，将体系调节至ph＝2，有大量固体析出，抽滤、水洗、取固体柱层析 pe:ea＝2:1，得到红色固体粉末荧光探针0.17g，产率31％。1h nmr(300mhz, cdcl3):δ14.33(s,1h),12.24(s,1h),8.44(d,j＝8.4hz,1h),7.76(d,j＝8.0hz, 1h),7.66-7.49(m,4h),7.39(d,j＝8.4hz,1h),6.87(d,j＝5.2hz,2h),2.39(s, 3h).
13
c nmr(75mhz,cdcl3):δ152.9,152.7,143.7,135.4,132.5,129.7, 129.5,129.4,127.6,126.3,126.1,126.0,124.4,121.5,120.0,118.8,21.8. ft-ir(kbr):3439,2923,2852,1601,1492,1466,1424,1375,1298,1255，1128, 879,808,459cm-1
.
[0057]
本实施例制备的荧光探针的结构式如下：
[0058][0059]
由以上数据可知，合成的化合物为本发明的荧光探针。
[0060]
实施例二：
[0061]
本实施例荧光探针对铝离子定性识别研究，包括以下步骤：
[0062]
分别配制浓度为0.1m的al
3+
、mn
2+
、ag
+
、ba
2+
、na
+
、ca
2+
、cu
2+
、co
2+
、 cs
2+
、fe
2+
、cd
2+
、hg
2+
、k
+
、li
+
、cr
2+
、mg
2+
、zn
2+
、ni
2+
水溶液备用。
[0063]
荧光光谱测试条件为：ex＝550nm，em＝590nm，狭缝宽度均为5.0nm。
[0064]
分别取3ml浓度为2
×
10-5
mol/l的探针meoh/hepes(9/1，v/v)溶液，加入30μl 0.1m的mn
2+
、ag
+
、ba
2+
、na
+
、ca
2+
、cu
2+
、co
2+
、cs
2+
、fe
2+
、 cd
2+
、hg
2+
、k
+
、li
+
、cr
2+
、mg
2+
、ni
2+
、al
3+
水溶液中的一种，反应3min 后，测定其荧光强度，绘制离子种类与荧光强度关系图，如图4所示。
[0065]
由以上数据可知，荧光探针在识别铝离子后，在590nm波长处荧光信号增强70倍，而对其它离子在此波长处无明显效果，由此说明该探针可以实现对铝离子的专一性识别。
[0066]
实施例三：
[0067]
本实施例荧光探针对铝离子识别抗干扰性能研究，包括以下步骤：
[0068]
取3ml浓度为2
×
10-5
mol/l的探针meoh/hepes(9/1，v/v)溶液，加入 30μl 0.1m的铝离子水溶液，反应3min后，加30μl的0.1m干扰离子mn
2+
、 ag
+
、ba
2+
、na
+
、cu
2+
、co
2+
、cs
2+
、fe
2+
、cd
2+
、hg
2+
、k
+
、li
+
、cr
2+
、mg
2+
、 zn
2+
、ni
2+
水溶液中一种，反应3min后测定其荧光强度，以荧光强度为纵坐标、离子种类为横坐标做柱状图，如图5所示。
[0069]
由以上数据可知，荧光探针在识别铝离子的过程中，即使有某种金属干扰离子存在，也表现出明显的荧光增强信号，因此，该探针在识别铝离子过程中具有较强的抗干扰能力。
[0070]
实施例四：
[0071]
本实施例荧光探针对al
3+
的定量分析，包括以下步骤：
[0072]
取3ml浓度为2
×
10-5
mol/l的探针meoh/hepes(9/1，v/v)溶液，等体积加入0.01m的al
3+
水溶液，分别测试体系中铝离子浓度为30μm、50μm、 70μm、90μm、110μm、130μm、150μm、170μm、190μm时荧光强度。以铝离子浓度为横坐标、荧光强度为纵坐标绘制二者线性关系图，如图6所示。
[0073]
由以上数据可知，随着铝离子浓度的增加，荧光强度也不断增强，铝离子浓度在30-190μm间，荧光强度与铝离子浓度呈现出良好的线性关系，计算检出限量为8.4
×
10-7
mol/l。可见，该荧光探针可实现对铝离子的微量检测。
[0074]
实施例五：
[0075]
本实施例荧光探针与al
3+
的化学结合计量比分析，包括以下步骤：
[0076]
取3ml探针与铝离子总浓度为2
×
10-5
mol/l meoh/hepes(9/1，v/v)溶液，当体系中铝离子与探针的摩尔比为10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％时，测定体系荧光强度，以铝离子含量为横坐标、荧光强度为纵坐标绘制二者关系jobs plot图，
如图7所示。
[0077]
由以上数据可知，随着体系中铝离子含量的增加，荧光强度也不断增强。当体系中铝离子含量为70％时，曲线出现拐点，之后铝离子含量继续增加，荧光强度下降。由此可以计算出，荧光探针与al
3+
的化学结合计量比1:2。
[0078]
实施例六：
[0079]
本实施例荧光探针可用于中草药中铝离子的检测，包括以下步骤：
[0080]
将中草药白芍研磨粉碎，称取0.3g样品于25ml双口瓶中，依次加入3ml 硝酸、0.2ml高氯酸、0.3ml硫酸，使药材粉末完全浸没于混酸中。升温消解后，赶酸至剩余消解液不超过0.5ml。将样品液稀释，定容成ph＝7.4的测试溶液。
[0081]
将测试溶液在不同的加标量下进行荧光测试，并计算加标回收率结果如表1所示。表1中，实验回收率在98.8％～101.1％之间，由此可见，本实验建立的荧光检测方法具有良好的回收率，并证明该探针可用于中草药中铝离子的检测分析。
[0082]
表1加标回收率结果(n＝5)
[0083]