含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明汞离子荧光探针及其应用的制作方法

本发明涉及一类含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明汞离子荧光探针。

背景技术：

汞包含有机汞和无机汞。汞在生物圈中无处不在，包括空气、土壤、水和食物，其主要排放来源是工业生产，如电镀废水和化工废水的排放，矿山开采过程中的尾矿和矿渣的排放以及机械加工过程中废水的排放等。与有机物降解不同，汞不可生物降解，可以沿食物链生物累积，变换的只是存在形式。hg是一种具有高细胞毒性和致癌潜力的重金属离子，即使在极地海洋环境中，也可通过微生物将汞转化为毒性更强的甲基汞。甲基汞中毒的典型症状是感觉障碍，构音障碍和共济失调以及中枢神经系统或消化系统的损害。汞及其化合物是环境监测中优先被监测的污染物和有毒物质。饮用水中总hg(ii)和肉食性鱼类中甲基汞的最大残留限量(mrls)分别为1ng/ml和1.0mg/kg。因此，研发高选择性高灵敏度的汞离子的荧光探针，并对水体中汞离子进行实时原位的检测具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一类含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明汞离子荧光探针，本发明的罗丹明汞离子荧光探针可以快速响应、高灵敏度检测水体中的汞离子。

本发明采用的技术方案是：含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明汞离子荧光探针，所述含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明汞离子荧光探针是rh-hg，rh-hg的结构通式如(i)所示：

其中，

r1＝r2＝r3＝r4＝h；

或r1＝r4＝h，r2＝-ch2ch3，r3＝-ch3；

或r1＝r2＝-ch3，r3＝r4＝h；

或r1＝r2＝-ch2ch3，r3＝r4＝h；

或r1至r4构成-(ch2)3-，r2至r3构成-(ch2)3-。

上述含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明汞离子荧光探针的制备方法，包括如下步骤，将罗丹明类化合物溶解于1,2-二氯乙烷中，加入三氯氧磷，加热回流反应3-5小时，冷却至室温后，加入l-甲硫氨酸甲酯盐酸盐的乙腈溶液和三乙胺，室温下搅拌24小时，所得反应液用二氯甲烷萃取，取下层液，干燥，经硅胶柱层析提纯，所得产物溶于甲醇中，再加入水合肼，加热回流12小时，得目标产物含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明汞离子荧光探针rh-hg。反应式如下，

优选地，所述罗丹明类化合物为罗丹明b、罗丹明6g、四甲基罗丹明tmr、罗丹明110或罗丹明101。

优选地，按摩尔比，罗丹明类化合物:三氯氧磷:l-甲硫氨酸甲酯盐酸盐:水合肼＝1:(3-6):1:(10-50)。

本发明的有益效果是：

1、本发明的荧光探针分子由两部分构成：罗丹明发色团和甲硫氨酸酰肼识别基团，识别基团结构微小的变化，会使得识别对象完全不同。本发明利用甲硫氨酸酰肼与汞离子的强结合力，设计了实时原位检测汞离子的荧光探针。

2、本发明的荧光探针分子能够快速的、高灵敏的检测水体中的汞离子。本发明的荧光探针表现出了较好的汞离子选择性和抗其他金属离子干扰性。在ph6.0-9.5范围内荧光光谱不受ph影响。本发明的荧光探针呈现出对水体中汞离子的高灵敏检测，检测限达到0.33μm。此外，本发明的荧光探针在对水体中汞离子的检测过程中呈现出明显的颜色变化，当加入3.0×10^-6mol/l汞离子后，探针溶液颜色由无色变为淡粉色，随着汞离子浓度的增大，溶液颜色不断加深，最终变为深红色。

附图说明

图1是实施例1制备的荧光探针rhb-hg在不同ph下的吸收强度随ph的变化。

图2是实施例1制备的荧光探针rhb-hg吸收光谱对金属离子的选择性。

图3是实施例1制备的荧光探针rhb-hg荧光光谱对金属离子的选择性。

图4是实施例1制备的荧光探针rhb-hg对汞离子的荧光滴定光谱。

图5是实施例1制备的荧光探针rhb-hg吸收光谱对阴离子的选择性。

图6是实施例1制备的荧光探针rhb-hg荧光光谱对阴离子的选择性。

图7是实施例1制备的荧光探针rhb-hg与汞离子响应的动力学分析。

图8是实施例1制备的荧光探针rhb-hg对水样中汞离子检测的照片。

具体实施方法

实施例1含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明b汞离子荧光探针(rhb-hg)

制备反应式如下：

将1摩尔的罗丹明b溶解于干燥的1,2-二氯乙烷中，加入3摩尔的pocl3，90℃加热回流反应3-5小时，冷却至室温后，加入5ml含有1摩尔l-甲硫氨酸甲酯盐酸盐的乙腈溶液和3摩尔的三乙胺，室温下搅拌24小时，所得反应液用二氯甲烷萃取，取下层液，用无水硫酸镁干燥，经硅胶柱层析提纯，得到白色固体。将该白色固体溶于甲醇中，加入50摩尔的水合肼，回流反应12小时，得目标产物含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明b汞离子荧光探针，记为rhb-hg。hrms:587.7753

实施例2含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明6g汞离子荧光探针rh6g-hg

将1摩尔罗丹明6g溶解于干燥的1,2-二氯乙烷中，加入3摩尔的pocl3，90℃加热回流反应3-5小时，冷却至室温后，加入5ml含有1摩尔l-甲硫氨酸甲酯盐酸盐的乙腈溶液和3摩尔的三乙胺，室温下搅拌24小时，所得反应液用二氯甲烷萃取，取下层液，用无水硫酸镁干燥，经硅胶柱层析提纯，得到白色固体。将该白色固体溶于甲醇中，加入45摩尔的水合肼，回流反应12小时，得目标产物含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明6g汞离子荧光探针，记为rh6g-hg。hrms:559.2617

实施例3含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明tmr汞离子荧光探针tmr-hg

将1摩尔的四甲基罗丹明tmr溶解于干燥的1,2-二氯乙烷中，加入5.5摩尔的pocl3，90℃加热回流反应3-5小时，冷却至室温后，加入5ml含有1摩尔l-甲硫氨酸甲酯盐酸盐的乙腈溶液和3摩尔的三乙胺，室温下搅拌24小时，所得反应液用二氯甲烷萃取，取下层液，用无水硫酸镁干燥，经硅胶柱层析提纯，得到白色固体。将该白色固体溶于甲醇中，加入40摩尔的水合肼，回流反应12小时，得到目标产物含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明tmr汞离子荧光探针，记为tmr-hg。hrms:531.2304。

实施例4含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明110汞离子荧光探针rh110-hg

将1摩尔的罗丹明110溶解于干燥的1,2-二氯乙烷中，加入6摩尔的pocl3，90℃加热回流反应3-5小时，冷却至室温后，加入5ml含有1摩尔l-甲硫氨酸甲酯盐酸盐的乙腈溶液和3摩尔的三乙胺，室温下搅拌24小时，所得反应液用二氯甲烷萃取，取下层液，用无水硫酸镁干燥，经硅胶柱层析提纯，得到白色固体。将该白色固体溶于甲醇中，加入30摩尔的水合肼，回流反应12小时，得到目标产物含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明110汞离子荧光探针，记为rh110-hg。hrms:475.1678。

实施例5含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明101汞离子荧光探针rh101-hg

将1摩尔的罗丹明101溶解于干燥的1,2-二氯乙烷中，加入4摩尔的pocl3，90℃加热回流反应3-5小时，冷却至室温后，加入5ml含有1摩尔l-甲硫氨酸甲酯盐酸盐的乙腈溶液和3摩尔的三乙胺，室温下搅拌24小时，所得反应液用二氯甲烷萃取，取下层液，用无水硫酸镁干燥，经硅胶柱层析提纯，得到白色固体。将该白色固体溶于甲醇中，加入30摩尔的水合肼，回流反应12小时，得到目标产物含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明101汞离子荧光探针，记为rh101-hg。hrms:635.2930。

实施例6应用试验

本应用试验采用实施例1制备的rhb-hg荧光探针进行。

[1]荧光光谱的测定

取实施例1制备的含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明b汞离子荧光探针(rhb-hg)溶于乙醇水溶液(按体积比，乙醇:水＝4:6)中，配制浓度为2×10^-5mol/l的rhb-hg荧光探针溶液。

取荧光探针溶液分别用氢氧化钠和盐酸调节ph，分别调至ph范围在2.5-9.5不同ph值的溶液，分别测试吸收光谱，选取最大吸收值对ph作图，如图1所示，图1中每个点分别代表不同ph值的最大吸收，结果表明，随着ph值的降低，吸光度不断增强。探针在ph处于6.0～9.5范围内不敏感。

[2]金属离子选择性测定

取实施例1制备的含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明b汞离子荧光探针(rhb-hg)溶于含有乙醇的hepes缓冲溶液中(按体积比，乙醇:hepes＝4:6)，配制浓度为1×10^-5mol/l，ph为7.2的rhb-hg荧光探针溶液。

分别向溶液中加入不同金属盐，加入量为rhb-hg荧光探针摩尔量的30倍，进行吸收光谱和荧光光谱测定，如图2和图3所示。结果显示，除汞离子外，其他金属离子对探针的吸收与荧光光谱没有明显影响，说明本发明的rhb-hg荧光探针表现出较好的汞离子选择性。

[3]汞离子浓度滴定

取实施例1制备的含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明b汞离子荧光探针(rhb-hg)溶于含有乙醇的hepes缓冲溶液中(按体积比，乙醇:hepes＝4:6)，配制浓度为1×10^-5mol/l，ph为7.2的rhb-hg荧光探针溶液。

向rhb-hg荧光探针溶液中，加入不同量的金属汞离子，分别进行荧光光谱测定。图4表明，当加入的汞离子浓度为3×10^-6mol/l时，rhb-hg荧光探针的荧光即明显增强，探针表现出了较高的灵敏度。

[4]阴离子选择性测定。

取实施例1制备的含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明b汞离子荧光探针(rhb-hg)溶于含有乙醇的hepes缓冲溶液中(按体积比，乙醇:hepes＝4:6)，配制浓度为1×10^-5mol/l，ph为7.2的rhb-hg荧光探针溶液。

分别取rhb-hg荧光探针溶液。向溶液中分别加入阴离子盐，加入的量为探针摩尔量的30倍，进行吸收光谱和荧光光谱测定。如图5和图6所示。结果显示，阴离子对rhb-hg探针的吸收与荧光光谱没有影响。

[5]汞离子的动力学分析。

取实施例1制备的含有甲硫氨酸酰肼结构的罗丹明b汞离子荧光探针(rhb-hg)溶于含有乙醇的hepes缓冲溶液中(按体积比，乙醇:hepes＝4:6)，配制浓度为1×10^-5mol/l，ph为7.2的rhb-hg荧光探针溶液。

分别向rhb-hg荧光探针溶液中加入汞离子，加入量为荧光探针摩尔量的10，20，30倍，进行荧光光谱测定。如图7所示。结果显示，汞离子加入探针溶液中后，大约六分钟基本完全显色。

[6]水体中汞离子的检测。

将rhb-hg荧光探针分别加入到含有不同金属离子的水溶液中，吸收呈现出粉红色并且荧光呈现红色强荧光的水溶液中含有汞离子，如图8所示。