基于罗丹明衍生物的比色汞离子传感器的制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及分析化学、环境科学以及生命科学等技术领域，具体来说，涉及具有比 色（比例吸收）变化检测汞离子功能的新型比色传感器及其制备方法，以及该传感器在汞 离子作用下发生罗丹明内酰胺环开环并与汞离子形成配合物的作用机理，导致传感器产生 比色响应，进而达到对汞离子的高选择性、高灵敏度和快速检测的要求。
【背景技术】
[0002] 汞是一种在工业生产中广泛存在的重金属元素，随着含汞材料使用越来越多，大 部分的汞就以离子形式进入环境中，分布于全球各个角落，对我们生存的环境造成了严重 的污染。同时，环境中汞离子对动植物和人体健康也存在巨大威胁，例如，汞离子严重污染 了动植物的生存环境，致使动植物基因变异，严重的还会危及动植物的生命。汞离子还对人 的大脑和神经系统具有严重的毒性，一旦进入人的大脑，就会破坏正常的中枢神经系统，对 生命造成严重威胁，长期接触低浓度的汞及其汞的化合物会导致肺水肿和肾衰竭。因此，对 于环境中汞离子的选择性快速检测尤为重要，比如对汞离子残留的检测、食品安全的监控 等方面，其对环境科学，医学和生物学研宄都有着极其重要的意义。
[0003] 目前，已经发展起来的检测汞离子的方法很多，如电化学方法，原子吸收光谱法， 原子发射光谱法，电感耦合等离子体-质谱法，以及二硫腙比色法等。然而，大部分的检测 方法成本投入较高，检测过程过于复杂，并需要投入昂贵的仪器设备，这些因素都严重制约 了某些方法在实际检测中的运用。因此，发明一种简单的低成本而高效的检测技术具有相 当重要的应用前景和现实意义。近年来，利用比色变化来检测金属离子的化学传感器方法 受到了越来越多的关注，因为该传感器方法具有高选择性、高灵敏度、简单快速、不破坏样 品等优点，成为了多个领域中离子检测与识别研宄中的焦点。本发明采用将乙二胺硫代内 酰胺化罗丹明和4-氯-7-硝基苯并呋喃反应，形成一种有机化合物，其在汞离子作用下发 生罗丹明内酰胺环开环并与汞离子形成配合物的作用机理，导致传感器产生比色响应，达 到一种选择性比率吸收检测汞离子的效果，即制备了一种新型的比色传感器，作用过程中 可出现明显的吸收（颜色）变化，可实现对汞离子的高灵敏度和高选择性的快速检测。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于罗丹明衍生物的比色汞离子传感器的制备方法 及应用，该比色传感器是以罗丹明B、乙二胺、劳森试剂和4-氯-7-硝基苯并呋喃为原料 制备的一种基于罗丹明衍生物的新型比色汞离子传感器。进一步应用研宄表明，该比色传 感器能够在水和乙腈的混合溶剂体系中实现对汞离子的高灵敏度、高选择性的快速识别功 能。
[0005] 本发明的目的是通过下述方式实现的：
[0006] 一种基于罗丹明衍生物的比色汞离子传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0007] (1)将一定量的罗丹明B溶解于无水甲醇中，置于队保护和避光的条件下，15? 30min后，升温至40°C时加入乙二胺，继续升温至85°C搅拌回流10?36小时，反应结束后 过滤，再除去大部分（80?95% )无水甲醇，再加一定量的蒸馏水沉淀，抽滤得到所需产物， 真空干燥，得乙二胺内酰胺化罗丹明；
[0008] (2)取步骤⑴所得乙二胺内酰胺化罗丹明和劳森试剂溶于除水甲苯，将混合 溶液置于避光和队保护的条件下搅拌回流10?36小时，反应结束后过滤，除去大部分 (80-95% )甲苯，用柱色谱分析方法提纯产物，所得产物真空干燥，得乙二胺硫代内酰胺化 罗丹明；
[0009] (3)取步骤⑵所得乙二胺硫代内酰胺化罗丹明和4-氯-7-硝基苯并呋喃溶于除 水的N，N-二甲基甲酰胺溶液，置于避光和N 2保护条件下室温搅拌10?36小时，反应结束 后除去大部分（80?95% )N，N-二甲基甲酰胺，用柱色谱分析方法提纯产物，真空干燥，得 到产品，即基于罗丹明衍生物的比色汞离子传感器，其结构式如下：
[0010]
【主权项】
1. 一种基于罗丹明衍生物的比色汞离子传感器的制备方法，其特征在于包括以下步 骤： (1) 将一定量的罗丹明B溶解于无水甲醇中，置于队保护和避光的条件下，15?30min 后，升温至40°C时加入乙二胺，继续升温至85°C搅拌回流10?36小时，反应结束后过滤， 再除去80?95%无水甲醇，再加一定量的蒸馏水沉淀，抽滤得到所需产物，真空干燥，得乙 二胺内酰胺化罗丹明； (2) 取步骤（1)所得乙二胺内酰胺化罗丹明和劳森试剂溶于除水甲苯，将混合溶液置 于避光和队保护的条件下搅拌回流10?36小时，反应结束后过滤，除去80?95%甲苯， 用柱色谱分析方法提纯产物，所得产物真空干燥，得乙二胺硫代内酰胺化罗丹明； (3) 取步骤（2)所得乙二胺硫代内酰胺化罗丹明和4-氯-7-硝基苯并呋喃溶于除水的 N，N-二甲基甲酰胺溶液，置于避光和N2保护条件下室温搅拌10?36小时，反应结束后除 去80?95% N，N-二甲基甲酰胺，用柱色谱分析方法提纯产物，真空干燥，得到产品，即基于 罗丹明衍生物的比色汞离子传感器，其结构式如下：
2. 根据权利要求1所述的基于罗丹明衍生物的比色汞离子传感器的制备方法，其特征 在于：所述步骤⑴中，罗丹明B与乙二胺的摩尔比为1 :15?25 ;所述罗丹明B在无水甲 醇中的浓度为0. 02?0. 033mol/L。
3. 根据权利要求1或2所述的基于罗丹明衍生物的比色汞离子传感器的制备方法，其 特征在于：所述步骤（2)中，乙二胺内酰胺化罗丹明与劳森试剂的摩尔比为I :1. 2?1. 8， 所述乙二胺内酰胺化罗丹明在甲苯中的浓度为〇. 01?〇. 〇2mol/L，所述劳森试剂在甲苯中 的浓度为 〇· 012 ?0· 036mol/L。
4. 根据权利要求1或2所述的基于罗丹明衍生物的比色汞离子传感器的制备方法，其 特征在于：所述步骤⑶中，乙二胺硫代内酰胺化罗丹明与4-氯-7-硝基苯并呋喃的摩尔 比为I :1. 1?1.5,所述乙二胺硫代内酰胺化罗丹明在N，N-二甲基甲酰胺溶液中的浓度 为0. 05?0. lmol/L，所述4-氯-7-硝基苯并呋喃在N，N-二甲基甲酰胺溶液中的浓度为 0·055 ?0· 15mol/L〇
5. 根据权利要求1或2所述的基于罗丹明衍生物的比色汞离子传感器的制备方法，其 特征在于：所述步骤（1)中无水甲醇的去除方式为旋转蒸发。
6. 根据权利要求1或2所述的基于罗丹明衍生物的比色汞离子传感器的制备方法，其 特征在于：所述步骤（2)中甲苯的去除方式为旋转蒸发。
7. 根据权利要求1或2所述的基于罗丹明衍生物的比色汞离子传感器的制备方法，其 特征在于：所述步骤（3)中N，N-二甲基甲酰胺的去除方式为旋转蒸发。
8. 权利要求1至7任一项所述的制备方法制备的比色汞离子传感器。
9.权利要求1至7任一项所述的制备方法制备的比色汞离子传感器在选择性比色检测 汞离子中的应用。
【专利摘要】本发明公开了一种基于罗丹明衍生物的比色汞离子传感器的制备方法及应用。该比色传感器是以罗丹明B、乙二胺、劳森试剂和4-氯-7-硝基苯并呋喃为原料制备的一种基于罗丹明衍生物的新型比色传感器。该比色传感器能在乙腈和水的混合溶剂中实现对汞离子的高选择性和高灵敏度检测。相比于现有的汞离子检测技术，本发明得到的新型比色传感器的合成路线简单，投入成本低，使用的检测设备简单，适于放大合成和实际生产应用，在分析化学、环境科学以及生命科学等技术领域有着巨大的应用前景。
【IPC分类】G01N21-31, C07D491-107, G01N21-33
【公开号】CN104530064
【申请号】CN201410776232
【发明人】陈建, 李亚, 钟维邦, 吕锟, 王宏, 侯庆阳, 易平贵
【申请人】湖南科技大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月15日