一种检测[H⁺]的荧光化学传感器及其制备和使用方法

专利名称：一种检测[H⁺]的荧光化学传感器及其制备和使用方法
技术领域：
本发明涉及一种检测[H+]的荧光化学传感器及其制备和使用方法。
背景技术：
酸碱测量与现代工业、农业、医学、生物工程、环境及科学研究等领域息息相关，因此PH 传感器备受人们关注。传统的PH化学传感器主要是各种玻璃电极。随着现代科学技术的发展，尤其是在现代生命科学、环境科学和高科技领域的迅速发展，用传统的玻璃电极进行 PH测量时往往会产生一定的困难。一些有机化合物的荧光或吸光性质随pH的变化可用来指示目标介质中酸碱性的改变。这种基于光学信号变化而建立的PH测定方法，可弥补玻璃电极所存在的上述不足， 并得到了长足的发展。其中，荧光法测定PH具有灵敏度高、可以采用缓和模式操作，分析仪器的几何设计更加灵活等特点。此外，利用各种荧光参数(如荧光强度、荧光寿命等)的变化来测定PH值，不仅便于荧光显微学研究，而且可实时检测细胞内PH的动态分布和区域变化，引起了人们的关注。pH荧光传感器中常用的敏感载体种类主要为荧光素类(氨基荧光素
Chem. , 1982，54(20) 821-823、荧光素异硫氰酯Chem. Acta. , 1998，367:
159-165、丙烯酰氨基荧光素Chem. , 1986，58(3) 1427-1430)、罗丹明类 M
(McNamara等所用的四甲基若丹明Jft^. Chem. , 2001, 73 (4) 3M0-3246)、以及一些金属配合物(如钌络合物Chem.，1998，70(2) 3892-3897 和铕络合物 M5’eas.
Actuators B , 2001, 74(2) 200-206也用作pH传感器的荧光载体，但是pH值的改变可能会引起络合物分解。因此研发灵敏度高、响应速度快、幅度大、普适性强、操作方便的新型 PH荧光传感器具有非常重要的意义。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种检测[H+]的荧光化学传感器及其制备和使用方法。检测[H+]的荧光化学传感器，其分子结构式为
A 10，11，12，13-四苯基并[9’，10’ :4, 5]咪唑[1，2_a]吡啶 B 9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑[1，2-b]异喹啉
检测[H+]的荧光化学传感器的制备和使用方法是称取10，11，12，13-四苯基菲并[9’，10’ :4, 5]咪唑[1, 2-a]吡啶或者9，11，12，14-四苯基二苯并[f, h]咪唑[1，2_b]异喹啉，用有机溶剂配置成1 X ΙΟ"5 mol/1的标准检测溶液，即荧光化学传感器，当向该标准检测溶液中加入待测溶液时，根据紫外光谱和荧光光谱的输出信号和本征信号的差别，确定待测溶液的[H+]值。所述的有机溶剂为环己烷、四氢呋喃、1，4- 二氧六环、二氯甲烷、乙腈、甲苯、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或多种。所述的待测溶液为化工厂的酸性污水、蛋黄、乳酪、金枪鱼、比目鱼、奶酪或豆浆酸性食品溶液。本发明具有标准检测溶液配置简单，耗量少，荧光响应速度快，幅度大，不受常见金属离子干扰的特点。可应用于化工厂酸性污水、蛋黄、乳酪、金枪鱼、比目鱼、奶酪或豆浆等酸性食品的检测。


图1为10，11，12，13-四苯基菲并[9’，10' :4, 5]咪唑[1，2-a]吡啶在不同[H+]浓度下的紫外光谱；
图2为10，11，12，13-四苯基菲并[9，，10' :4, 5]咪唑[1，2-a]吡啶在不同[H+]浓度下的荧光光谱；
图3为10，11，12，13-四苯基菲并[9，，10' :4, 5]咪唑[1，2-a]吡啶在不同金属离子存在下的荧光光谱；
图4为9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑[1，2-b]异喹啉在不同[H+]浓度下的紫外光谱；
图5为9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑[1，2-b]异喹啉在不同[H+]浓度下的荧光光谱；
图6为9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑[1，2-b]异喹啉在不同金属离子存在下的荧光光谱。
具体实施例方式
本发明的原理是以2，3，5,6, 7，8-六取代咪唑[l，2-a]吡啶衍生物为荧光材料制备成荧光化学传感器，分别用UV-2450型紫外光谱仪和用RF-5301PC型荧光光谱仪测定其在不同氢离子浓度下的紫外光谱和荧光光谱，并测定其在不同金属离子存在下的荧光光谱，并将所测数据作图分析，得出待检溶液[H+]与标准检测溶液的紫外光谱和荧光荧光之间的关系。检测[H+]的荧光化学传感器，其分子结构式为
A 10，11，12，13-四苯基菲并[9，，10，:4, 5]咪唑[1，2-a]吡啶
4B 9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑[1，2-b]异喹啉
检测[H+]的荧光化学传感器的制备和使用方法是称取10，11，12，13-四苯基菲并 [9’，10’ :4, 5]咪唑[1, 2-a]吡啶或者9，11，12，14-四苯基二苯并[f, h]咪唑[1, 2-b]异喹啉，用有机溶剂配置成1 X ΙΟ"5 mol/1的标准检测溶液，即荧光化学传感器，当向该标准检测溶液中加入待测溶液时，根据紫外光谱和荧光光谱的输出信号和本征信号的差别，确定待测溶液的[H+]值。所述的有机溶剂为环己烷、四氢呋喃、1，4- 二氧六环、二氯甲烷、乙腈、甲苯、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或多种。所述的待测溶液为化工厂的酸性污水、蛋黄、乳酪、金枪鱼、比目鱼、奶酪或豆浆酸性食品溶液。下面结合实施实例对本发明作进一步说明
(1)10，11，12，13-四苯基菲并[9’，10' :4, 5]咪唑[1，2-a]吡啶的标准检测溶液的配置用精密天平准确称量化合物A 5. 72毫克并加入到IOOml容量瓶中，用THF定容至100
ml，吸取10 ml于另一个100 ml容量瓶中，用THF稀释到100 ml，配置成浓度为1 X 10_5 mol/1的标准检测溶液；
(2)9，11，12，14-四苯基二苯并[f, h]咪唑[1，2-b]异喹啉的标准检测溶液的配置用精密天平准确称量化合物A 5. 72毫克并加入到IOOml容量瓶中，用THF定容至100
ml，吸取10 ml于另一个100 ml容量瓶中，用THF稀释到100 ml，配置成浓度为1 X 10_5 mol/1的标准检测溶液；
(3)金属离子溶液的配置
分别准确称取以下金属盐(硝酸银、氯化钡、氯化钙、氯化镉、氯化钴、硫酸铜、氯化锂、 氯化锰、氯化钠、氯化镍、氯化锌)各1 mmol，溶解于100 ml去离子水中，配置成浓度为 1X10—2 mol/1的金属离子溶液。实施例1
用移液枪吸取浓度为ι χ IO"5 mol/1的10，11，12，13-四苯基菲并[9', 10' :4, 5]咪唑 [1,2-a]吡啶的标准检测溶液2. 5 ml置于比色皿中，分别测定10，11，12，13-四苯基菲并 [9，，10' :4, 5]咪唑[1，2-a]吡啶在无外界[H+]存在下的紫外光谱和荧光光谱，记录输出数据。实施例2
用移液枪分别吸取浓度为1X10_5 mol/1的10，11，12，13-四苯基菲并[9’，10' :4, 5] 咪唑[1，2-a]吡啶的标准检测溶液2. 5 ml于两个比色皿中，再用移液枪分别吸取51微升的含[Hl=IXKT1 mol/1酸性污水或蛋黄溶液分别加入到两个比色皿中，振荡使之混合均勻， 此时混合溶液的[H+] =2. OX 10_3 mol/1，分别测定10，11，12，13-四苯基菲并[9，，10，:4, 5] 咪唑[l，2-a]吡啶在此氢离子浓度下的紫外光谱和荧光光谱，记录数据。实施例3
用移液枪分别吸取浓度为1X10_5 mol/1的10，11，12，13-四苯基菲并[9’，10' :4, 5] 咪唑[1，2-a]吡啶的标准检测溶液2. 5 ml于两个比色皿中，再用移液枪分别吸取104微升的含[Hl=IXKT1 mol/1的酸性污水或乳酪溶液分别加入到两个比色皿中，振荡使之混合均勻，此时混合溶液的[H+] =4. OX ΙΟ"3 mol/1,分别测定10，11，12，13-四苯基菲并[9’，10' :4, 5]咪唑[1，2-a]吡啶在此氢离子浓度下的紫外光谱和荧光光谱，记录数据。实施例4
用移液枪分别吸取浓度为1X10_5 mol/1的10，11，12，13-四苯基菲并[9’，10' :4, 5] 咪唑[l，2-a]吡啶的标准检测溶液2. 5 ml分别放于三个比色皿中，再用移液枪分别吸取25微升1X10—2 mol/1的硝酸银、氯化钡或氯化钙溶液分别加入三个比色皿中，振荡使之混合均勻，此时混合溶液中金属阳离子的浓度为1X10_4 mol/1，10，11，12，13-四苯基菲并[9', 10' :4, 5]咪唑[1,2-a]吡啶和金属阳离子的摩尔浓度比为1比10，分别测定 10，11，12，13-四苯基菲并[9，，10' :4, 5]咪唑[1，2-a]吡啶在三种金属离子干扰下的荧光光谱，记录数据。实施例5
用移液枪分别吸取浓度为1X10_5 mol/1的10，11，12，13-四苯基菲并[9’，10' :4, 5] 咪唑[l，2-a]吡啶的标准检测溶液2. 5 ml分别放于三个比色皿中，再用移液枪分别吸取25微升1X10_2 mol/1的氯化镉、氯化钴、硫酸铜溶液分别加入三个比色皿中，振荡使之混合均勻，此时混合溶液中金属阳离子的浓度为1X10_4 mol/1，10，11，12，13-四苯基菲并[9', 10' :4, 5]咪唑[1,2-a]吡啶和金属阳离子的摩尔浓度比为1比10，分别测定 10，11，12，13-四苯基菲并[9，，10' :4, 5]咪唑[1，2-a]吡啶在三种金属离子干扰下的荧光光谱，记录数据。实施例6
用移液枪吸取浓度为IX 10_5 mol/1的9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑[l，2-b] 异喹啉的标准检测溶液2. 5 ml于比色皿中，测定9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑 [1,2-b]异喹啉在无外界[H+]存在下的紫外光谱和荧光光谱，记录数据。实施例7
用移液枪分别吸取浓度为1X10_5 mol/1的9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑 [1，2-b]异喹啉的标准检测溶液2. 5 ml于三个比色皿中，再用移液枪分别吸取观微升的含[H+]=1X10_3 mol/1的酸性污水、金枪鱼或比目鱼溶液分别加入到三个比色皿中，振荡使之混合均勻，此时混合溶液的[Η+]=1.08Χ10_5 mol/1，分别测定9，11，12，14-四苯基二苯并 [f，h]咪唑[l，2-b]异喹啉在此氢离子浓度下的紫外光谱和荧光光谱，记录数据。实施例8
用移液枪分别吸取浓度为1X10_5 mol/1的9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑 [1，2-b]异喹啉的标准检测溶液2. 5 ml于三个比色皿中，再用移液枪分别吸取19微升的含[H+]=1X10_3 mol/1的酸性污水污水、奶酪或豆浆溶液分别加入到三个比色皿中，振荡使之混合均勻，此时混合溶液的[H+]=7. 46X ΙΟ"5 mol/1，分别测定9，11，12，14-四苯基二苯并 [f，h]咪唑[l，2-b]异喹啉在此氢离子浓度下的紫外光谱和荧光光谱，记录数据。实施例9
用移液枪量分别取浓度为1X10_5 mol/1的9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑 [1,2-b]异喹啉的标准检测溶液2. 5 ml于五个比色皿中，再用移液枪分别吸取25微升 IXlO-2 mol/1的硝酸银、氯化钡、氯化钙、氯化镉、氯化钴溶液分别加入到五个比色皿中，振荡使之混合均勻，分别测定9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑[l，2-b]异喹啉在五种金属离子干扰下的荧光光谱，记录数据。
6
实施例10
用移液枪分别吸取浓度为1X10_5 mol/1的9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑 [1，2-13]异喹啉溶液2.5 ml于六个比色皿中，再用移液枪分别吸取25微升IX 10_2 mol/ 1的硫酸铜、氯化锂、氯化锰、氯化钠、氯化镍、氯化锌溶液分别加入到六个比色皿中，振荡使之混合均勻，分别测定9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑[l，2-b]异喹啉在六种金属离子干扰下的荧光光谱，记录数据。结果表明，当标准检测溶液10，11，12，13-四苯基菲并[9’，10' :4, 5]咪唑[1，2~a] 吡啶中加入[H+]浓度递增的酸性溶液时，10，11，12，13-四苯基菲并[9，，10，4，5]咪唑 [1, 2-a]吡啶的紫外光谱中236nm，257nm处的吸收峰逐渐增强，当[H+]大于1X10-2 mol/ 1时，吸收峰强度增强更加显著(附图1)；当标准检测溶液A中加入浓度递增的酸性溶液时，10，11，12，13-四苯基菲并[9，，10' :4, 5]咪唑[1，2-a]吡啶的荧光光谱中位于397 nm，422nm处的发射峰逐渐减弱，当[H+] =3. 0X 10—1 mol/1时，三个发射峰强度基本相等， 并且在457nm处可以观察到一个等吸光点。当[H+] > 3. 0X 10—1 mol/1时，位于397 nm， 422nm处的发射峰持续减弱；当标准检测溶液10，11，12，13-四苯基菲并[9’，10' :4, 5]咪唑[l，2-a]吡啶中加入不同金属离子溶液时，10，11，12，13-四苯基菲并[9', 10' :4, 5]咪唑 [1，2-a]吡啶的荧光发射峰位置基本不变，强度有不同强度的增强，与加入氢离子时候的荧光发射曲线强度减弱的现象相反，所以金属离子的存在不会对10，11，12，13-四苯基菲并 [9，，10' :4, 5]咪唑[1，2-a]吡啶检测氢离子产生干扰(附图3)。当标准检测溶液9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑[1，2_b]异喹啉中加入 [H+]浓度递增的酸性溶液时，9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑[1,2-b]异喹啉的紫外光谱中244nm吸收峰逐渐增强，处的吸收峰略有减弱(附图4)；当标准检测溶液 9，11，12，14-四苯基二苯并[f, h]咪唑[1，2-b]异喹啉中加入[H+]浓度递增的酸性溶液时， 9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑[l，2-b]异喹啉的荧光发射光谱中位于517 nm处的发射峰逐渐减弱，且持续蓝移，当[矿]=2. 13X10—3 mol/1时，原位于517 nm处的发射峰蓝移至497nm处，蓝移了 20 nm(附图5)；当标准检测溶液9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h] 咪唑[l，2-b]异喹啉中加入不同金属离子溶液时，9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑 [1,2-b]异喹啉的荧光发射峰位置不变，强度有不同强度的增强，与加入氢离子时候的发射峰减弱的现象相反，所以金属离子的存在不会对9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑 [1，2-b]异喹啉检测氢离子产生干扰(附图6)。
权利要求
1. 一种检测[H+]的荧光化学传感器，其特征在于其分子结构式为A 10，11，12，13-四苯基非并[9’，10’ :4, 5]咪唑[1，2-a]吡啶 B 9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑[1，2-b]异喹啉一种如权利要求1所述检测[H+]的荧光化学传感器的制备和使用方法，其特征在于 称取10，11，12，13-四苯基菲并[9’，10，:4, 5]咪唑[1，2-a]吡啶或者9，11，12，14-四苯基二苯并[f，h]咪唑[l，2-b]异喹啉，用有机溶剂配置成IX 10_5 mol/1的标准检测溶液，即荧光化学传感器，当向该标准检测溶液中加入待测溶液时，根据紫外光谱和荧光光谱的输出信号和本征信号的差别，确定待测溶液的[H+]值。
2.根据权利要求2所述的一种检测[H+]的荧光化学传感器的制备和使用方法，其特征在于所述的有机溶剂为环己烷、四氢呋喃、1，4-二氧六环、二氯甲烷、乙腈、甲苯、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种检测[H+]的荧光化学传感器的制备和使用方法，其特征在于所述的待测溶液为化工厂的酸性污水、蛋黄、乳酪、金枪鱼、比目鱼、奶酪或豆浆酸性食品溶液。
全文摘要
本发明公开了一种检测[H+]的荧光化学传感器及其制备和使用方法。荧光pH传感器以10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶或9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉为荧光材料，并配置成1×10-5mol/l的标准检测溶液，当向该标准检测溶液中加入酸性溶液时，紫外光谱能检测到紫外吸收曲线强度增强，荧光光谱能检测到荧光发射曲线强度减弱，发射峰蓝移的响应。本发明具有标准检测溶液配置简单，耗量少，荧光响应速度快，幅度大，不受常见金属离子干扰的特点。可用于化工厂酸性污水，蛋黄、乳酪、金枪鱼、比目鱼、奶酪或豆浆这些酸性食品的检测。
文档编号G01N21/76GK102391854SQ20111022037
公开日2012年3月28日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者吕萍, 李熙晖, 李继超, 王彦广 申请人:浙江大学