一种含胺基的钌(ii)-二亚胺反应性荧光指示剂及其合成方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于分析化学和传感器领域，具体涉及一种含胺基的钌（II)-二亚胺反应 性荧光指示剂及其合成方法与应用。
【背景技术】
[0002] 溶解于水体中的氧分子称为溶解氧。溶解氧检测在工业生产、环境监测、生物医学 以及人们日常生活等方面都有广泛应用。因而发展快速、灵敏、高效的溶氧检测方法与技术 具有重要意义。目前溶解氧的测量方法主要有三种：碘量法、电化学法和荧光淬灭法。碘 量法是一种传统的溶氧检测方法，其操作非常繁琐、测量周期长，容易受到溶液中离子的干 扰，无法实现在线测量。电化学法测量速度快，但是电解液参与测量反应需要经常更换，仪 器必须定期校正，不适宜在线监测和高频率的测量。荧光淬灭法溶氧传感器具有检测精度 高、抗干扰能力强、使用方便等优点，可实现溶解氧的实时监测，日益得到人们的重视。荧 光淬灭法是基于氧分子可以与处于激发态的荧光分子发生碰撞，转移激发能，使得荧光分 子发射焚光减少即焚光淬灭现象。焚光强度和焚光寿命与氧分子浓度成负相关，因此通过 测量荧光强度和寿命的变化可算出溶液中的氧浓度。
[0003] 荧光溶氧传感器的关键元件是氧敏感荧光膜，它由荧光指示剂和固定指示剂的基 材构成。常用的荧光指示剂是钌（II)-二亚胺类三配体络合物。其分子结构刚性大共辄程 度高，可用蓝光作为激发光源，荧光发射光谱峰值波长在570-620nm。它具有光化学稳定性 好、可见光吸收系数大、荧光量子效率高、Stokes位移大和荧光寿命长等特点。
[0004] 经过多年来的实践，荧光指示剂的固定方法有物理包埋法，静电吸附法和化学键 合法。
[0005] 包埋法是将荧光指示剂与聚合物共同溶于有机溶剂，通过溶剂挥发，或固化交联 成膜，将荧光指示剂包埋于聚合物薄膜中。包埋法固定荧光指示剂所用的成膜材料主要有 丙烯酰胺聚合物膜、丙烯酸酯及其衍生物的聚合物膜、聚乙烯醇膜、聚氯乙烯（PVC)膜、纤 维素膜、硅橡胶等其他膜材料。包埋法的最大弱点是荧光指示剂与基材之间是以物理作用 力相互作用，所以在使用过程中会因为各种原因如溶剂、温度、溶液、pH等因素使荧光指示 剂流失。为了解决这一问题，人们采用溶胶凝胶法来制备膜并包裹指示剂。凝胶膜的孔径 小指示剂流失减少但是凝胶膜脆性大易破裂，同时氧渗透进去缓慢，荧光指示剂与氧接触 需要一定的时间导致响应速度变慢。
[0006] 静电吸附法通过静电作用将荧光指示剂分子吸附于基材上。主要是带电基团的基 材固定带有相反电荷的荧光指示剂。例如采用离子交换树脂(或离子交换膜)固定带电荷或 具有强极性取代基的荧光指示剂。在实践中用的较多的是阳离子交换树脂固定带正电荷的 若丹明类试剂，阴离子交换树脂固定带磺酸基或羧基的荧光指示剂。静电吸附法同样存在 荧光指示剂流失问题，而且基材上的带电集团易与溶剂发生作用。
[0007] 化学键合法是将荧光指示剂通过化学键直接或间接键合于基材上，化学键牢固不 容易断裂可解决荧光指示剂流失问题。同时荧光指示剂与氧气直接接触，响应速度大幅提 高。化学键合荧光指示剂需要指示剂有能与基材表面反应的官能团，早期合成的荧光指示 剂并无反应性官能团。因此合成反应性钌（II)-二亚胺类荧光指示剂化学键合到基材上， 能缓解焚光指不剂的流失，提尚焚光I旲的使用寿命。
[0008]
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于解决荧光指示剂在氧敏感荧光膜中的流失问题。传统的荧光膜 大多是通过物理方法将荧光指示剂固定在特定的基材，由于是物理作用，荧光指示剂容易 被水萃取流失。合成反应性的荧光指示剂分子化学键合到基材上，可解决荧光指示剂的流 失问题。
[0010] 二价钌正离子的外层电子构型为4s24p64d6,经杂化后有6个空轨道，可容纳12个 配位电子，能与三个二亚胺配体络合。
[0011] 本发明通过以下技术方案实现： 一种含胺基的钌（II)-二亚胺反应性荧光指示剂，反应性钌（II)-二亚胺类荧光指示 剂的合成可通过带反应性官能团的二亚胺小分子配体与钌（II)-二亚胺的二配体络合物 反应得到钌（II)-二亚胺的三配体络合物。
[0012] -种含胺基的钌（II)-二亚胺反应性荧光指示剂的合成方法，具体包括如下步 骤： (1) 将5-氨基-邻菲咯啉和钌（II)-二亚胺二配体络合物溶于乙醇溶剂中； (2) 将溶液加热至65°C-75°C; (3) 滴加盐酸羟铵盐溶液，搅拌回流反应，得粗产物； (4) 将所得粗产物旋干后溶于混合溶剂中，放在冰箱过夜结晶； (5) 过滤后以冰水、冷的丙酮洗涤滤渣，真空干燥得固体产物。
[0013] 氨基含有活泼氢可与含有羧基，酰氯等官能团的基材反应，从而将反应性的荧光 指示剂分子化学键合到基材上。一种含胺基的钌-二亚胺反应性荧光指示剂的合成及氧敏 感荧光膜制备，将含胺基的二亚胺和钌（II)-二亚胺二配体络合生成含胺基的钌（II)-二 亚胺三配体络合物并经氨基通过酰胺化反应键合到基材表面。
[0014] 上述方法中，所述含胺基的二亚胺为5-氨基-邻菲咯啉。
[0015] 上述方法中，所述二亚胺为4, 7-二苯基-1，10-邻菲咯啉、1，10-邻菲咯啉或 2, 2'-联吡啶。
[0016] 上述方法中，所述钌（II)-二亚胺的二配体络合物为二（4, 7-二苯基-1，10-邻菲 咯啉）钌（II)络合物、二（1，10-邻菲咯啉）钌（II)络合物或二（2, 2'-联吡啶）钌（II)络 合物。其中二（4, 7-二苯基-1，10-邻菲咯啉)钌（II)络合物共辄程度最大，所需的激发能 最低。
[0017] 上述方法中，所述钌（II)-二亚胺的二配体络合物中平衡二价钌正电荷的阴离子 为氯离子、高氯酸根离子和六氟磷酸根离子中的一种或几种离子。
[0018] 上述方法中，步骤（1)所述钌（II) _二亚胺二配体络合物和含胺基的二亚胺投料 摩尔比为1:1-1:1. 05,反应物5-氨基-邻菲咯啉的浓度为0. 5-2. 0mol/L; 上述方法中，步骤（3)添加盐酸羟铵盐作为还原剂防止二价钌氧化成三价钌，反应温度 为65-75°C，反应时间为12-18小时。
[0019] 丙酮对含胺基的钌（II)-二亚胺三配体络合物的溶解度小，采用乙醇丙酮的混合 溶剂对产物重结晶。以体积比为1:3-1:5的乙醇：丙酮混合溶剂溶解产物，放在冰箱过夜， 过滤后以冰水、丙酮各洗涤3次。
[0020] 一种测量溶解氧的氧敏感荧光膜，构成荧光膜的荧光指示剂为含胺基的钌 (II)-二亚胺三配体络合物；构成荧光膜的基材表面需有羧基、磺酸基、酰氯基或磺酰氯 基，基材可通过表面处理使基材带有这些官能团；钌（II)-二亚胺荧光指示剂通过酰胺化 反应键合到基材表面。
[0021] 所述的基材表面的酰胺化反应选用的是浸渍法，该法简单可行是常用的表面处理 方法。将基材浸入钌（II)-二亚胺反应性荧光指示剂的等体积乙醇水溶液中反应，荧光指 示剂溶液的浓度是0. 2%~0. 6%(质量分数)，反应温度为55-75°C，反应时间0. 5h~2. 5h;基材 需前处理使其有与氨基反应的官能团；所述的基材为有机玻璃。
[0022] 氧敏感荧光膜中荧光指示剂的流失测定方法采用的是在50°C水中浸泡荧光膜，测 量荧光膜荧光强度的变化。
[0023] 与现有技术比，本发明具有如下的优点与技术效果： 本发明与现有用于溶氧测定的氧敏感荧光膜相比，具有荧光指示剂不易流失，使用寿 命长的优点。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的荧光膜结构示意图。
【具体实施方式】
[0025] 以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不仅限于如下实施例。
[0026] dpp: 4, 7-二苯基-1，10-邻菲