一种萘苯丙吡喃酮荧光探针在检测汞离子、铁离子、碘离子中的应用

本发明属于荧光分析，涉及一种萘苯丙吡喃酮荧光探针在检测汞离子、铁离子、碘离子中的应用。

背景技术：

1、汞离子（hg2+）作为常见的金属，被人们广泛使用。长期以来，汞离子一直被认为是有毒元素，近几年的研究进一步揭示汞离子对人体的毒性，它对人的大脑、肾脏、肠胃和神经系统有很强的毒性。一旦汞离子进入人体，很快会进入体内酶或蛋白质中，与许多带负电的基团结合，从而使细胞内许多代谢途径受到影响。因此，对于汞离子的检测具有重要的应用价值。

2、铁(fe3+)铁离子是维护身体健康的重要元素, 是合成血红蛋白的主要原料之一。铁离子虽然本身不具有毒性，但当摄入过量或缺铁时也可能导致铁离子中毒。如：摄入过量会导致肝硬化或胃肠道反应；缺铁对婴幼儿不但会引起贫血, 而且可影响免疫功能、消化吸收能力以及肌肉运动功能等。因此对铁离子的快速检测研究显得至关重要。

3、碘离子(i-)碘与人类的健康息息相关，碘也是人体必需微量元素之一，有“智力元素”之称，是维持人体甲状腺正常功能所必需的元素，当人体缺碘时就会患甲状腺肿大。值得注意的是，人体摄入过多的碘也是有害的，日常饮食碘过量同样会引起“甲亢”。

4、目前，人们已经研发出多种离子检测方法，荧光法由于具有操作简便、快捷、灵敏度高等优点，已经成为离子检测领域的主要检测手段。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供种萘苯丙吡喃酮荧光探针在检测汞离子、铁离子、碘离子中的应用。

2、一、荧光探针及其制备

3、本发明的荧光探针3-羧酸萘并吡喃酮a3，分子式为：c14h8o4，结构式如下：

4、。

5、本发明荧光探针的合成方法，包括以下步骤：

6、（1）3-羧酸乙酯苯并吡喃酮的合成：将2-羟基-1-萘甲醛和丙二酸二乙酯溶于无水乙醇中，并加入哌啶作为催化剂，80~90 ℃条件下加热回流3~5 h，反应结束后，冷却至室温，用盐酸调ph至5~6，冷却后抽滤烘干，甲醇重结晶得到3-羧酸乙酯苯并吡喃酮。其中，2-羟基-1-萘甲醛和丙二酸二乙酯的摩尔比为1:1~1:1.5；哌啶和2-羟基-1-萘甲醛的摩尔比为1:1~1:1.5。

7、（2）将3-羧酸乙酯苯并吡喃酮和naoh溶于乙醇水溶液中，在80~90 ℃条件下加热回流8 h，反应结束后，加水并用1m hcl调ph 1~2，产生淡黄色沉淀，抽滤，烘干，得到粗产物，用冰乙酸重结晶得到萘苯丙吡喃酮荧光探针。其中，3-羧酸乙酯苯并吡喃酮和氢氧化钠的摩尔比为1:1.5~1:2。

8、合成路线如下：

9、

10、a3的氢谱和质谱见图1和图2。

11、二、荧光探针检测hg2+的应用

12、1、荧光探针a3的荧光性能

13、通过对探针a3荧光性能的研究表明，荧光探针a3在乙腈溶液中具有良好好的溶解性。当激发波长为362nm时，探针分子a3具有良好的荧光发射性能，荧光强度为370（如图3）。

14、2、荧光探针a3荧光识别hg2+和fe3+

15、在荧光探针a3的ch3cn/h2o(1:9, v/v)溶液（ca3=2×10-5m）中，分别加入5倍当量（相对于荧光探针a3）的cu2+, pb2+, cr3+, co2+, ni2+, cd2+, zn2+, ag2+, ca2+, mg2+, al3+, hg2+, fe3+的水溶液。结果发现，hg2+的加入可以使a3的ch3cn/h2o(1:9, v/v)溶液的荧光显著增强，fe2+的加入可以使a3的ch3cn/h2o(1:9, v/v)溶液的荧光猝灭，而其它金属阳离子的加入不能使a3ch3cn//h2o(1:9, v/v)溶液的荧光发生显著变化（如图3所示），说明荧光探针a3可用于hg2+，fe3+的选择性荧光识别。

16、抗干扰实验结果表明，其他金属阳离子的存在对荧光探针a3识别hg2+，fe3+没有任何干扰（如图4、5所示）。

17、荧光滴定实验表明，荧光探针a3对hg2+，fe3+的最低检测限分别为2.21 ×10-6m、2.99 ×10-6m（如图6、7、8、9所示），灵敏度高。

18、3、荧光探针a3-hg2+荧光识别i-

19、在荧光探针a3-hg2+的ch3cn/h2o(1:9, v/v)溶液（ca3-hg2+=2×10-5m）中，分别加入10倍当量（相对于荧光探针a3）的f-, cl-, br-, i-, ac-, h2po4-, hso4-, clo4-, no3-,n3-, so3-的水溶液。结果发现，i-的加入可以使a3-hg2+的ch3cn/h2o(1:9, v/v)溶液的荧光显著减弱，而其它阴离子离子的加入不能使a3-hg2+ch3cn//h2o(1:9, v/v)溶液的荧光发生显著变化（如图10所示），说明荧光探针a3-hg2+可用于i-的选择性荧光识别。

20、抗干扰实验结果表明，其他金属阳离子的存在对荧光探针a3-hg2+识别i-没有任何干扰（如图11所示）。

21、荧光滴定实验表明，荧光探针a3-hg2+对i-的最低检测限分别为4.10 × 10-6m（如图12、13所示），灵敏度高。

22、4、荧光探针a3识别hg2+的机理分析

23、在荧光探针a3的ch3cn/h2o(1:9, v/v)溶液中加入hg2+，将其溶剂烘干，做了固体红外光谱测试，通过与荧光探针a3的红外光谱图比较可知（如图18所示），荧光探针a3与hg2+之间形成了络合物，导致荧光增强。且通过高分辨质谱、a3与hg2+工作曲线可知，荧光探针a3与hg2+形成络合物的比为1:1（如图14、19所示）。

24、5、荧光探针a3识别fe3+的机理分析

25、在荧光探针a3的ch3cn/h2o(1:9, v/v)溶液中加入fe3+，将其溶剂烘干，做了固体红外光谱测试，通过与荧光探针a3的红外光谱图比较可知（如图18所示），荧光探针a3与fe3+之间形成了络合物，导致荧光猝灭。且通过高分辨质谱、a3与fe3+工作曲线可知，荧光探针a3与fe3+形成络合物的比为2:3（如图15、20所示）。

26、6、荧光探针a3-hg2+识别i-的机理分析

27、在荧光探针a3-hg2+的ch3cn/h2o(1:9, v/v)溶液中加入i-，将其溶剂烘干，做了固体红外光谱测试，通过与荧光探针a3-hg2+的红外光谱图比较可知（如图7所示），荧光探针a3-hg2+与i-之间形成了络合物，导致荧光减弱。且通过高分辨质谱、a3与a3-hg2+工作曲线可知，荧光探针a3-hg2+与i-形成络合物的比为1:4（如图16、21所示）。

28、7、荧光探针a3检测hg2+的实际应用

29、7.1通过将硅胶板浸入a3的ch3cn/h2o ( 1:9, v/v )溶液（ca3=2×10-5m）中，然后在空气中干燥来制备薄膜。当将hg2+滴加到薄膜上时，在使用uv灯的365nm照射下观察到明显的颜色变化（如图17所示），因此，该薄膜可用于检测hg2+的便捷检测试剂检测盒。

30、7.2在中药痕量铜测定中的应用

31、平行取荧光探针a3的ch3cn/h2o(1:9, v/v)溶液（ca3=2×10-5m）若干份，加入不同浓度的hg2+标准溶液，检测加入hg2+标准溶液后荧光探针的荧光强度,根据加入hg2+后体系的发射峰处荧光强度和hg2+的浓度建立线性公式（如图22），hg2+浓度在1.0×10-5~5.0×10-5mol/l范围内，荧光强度f与hg2+浓度c具有良好的线性关系，线性方程为f=66.385+312.7642 c，r2=0.9908，其中f为荧光强度，c为hg2+浓度，单位mol/l；在相同条件下检测加入中药材消解液后探针的荧光强度，根据线性公式计算出中药材中hg2+的具体含量。

32、将中药(大黄、党参、黄芪、当归和甘草)用去离子水洗净，于90℃烘干，取出粉碎后过200目筛并于干燥器内保存备用，准确称取上述中药样品1.0 g置于烧杯中，加入5ml硝酸溶液和1ml高氯酸，盖上表面皿静置过夜，次日置于电热板上加热至沸腾，保持溶液处于沸腾状态下直至溶液澄清后，继续加热至冒白烟直至白烟散尽，溶液变为无色透明，冷却后用超纯水冲洗表面皿及烧杯内壁，转移至25ml容量瓶中并用超纯水定容至25ml得到中药样品溶液备用。

33、然后根据回归方程f=66.385+312.7642 c得到中药样品溶液中汞离子的浓度，并根据中药样品的质量计算得到中药中汞离子的含量。该方法线性范围为1.0×10-5~5.0×10-5mol/l，检测限为4.77×10-6m，回收率大于95.0%。

34、8、荧光探针a3-hg2+检测i-的实际应用

35、通过将硅胶板浸入a3-hg2+的ch3cn/h2o (1:9, v/v)溶液（ca3-hg2+=2×10-5m）中，然后在空气中干燥来制备薄膜。当将i-滴加到薄膜上时，在使用uv灯的365nm照射下观察到明显的颜色变化（如图17所示），因此，该薄膜可用于检测i-的便捷检测试剂检测盒。

36、9、荧光探针a3检测fe3+的实际应用

37、通过将硅胶板浸入a3的ch3cn/h2o ( 1:9, v/v )溶液（ca3=2×10-5m）中，然后在空气中干燥来制备薄膜。当将fe3+滴加到薄膜上时，在使用uv灯的365nm照射下观察到明显的颜色变化（如图17），因此，该薄膜可用于检测fe3+的便捷检测试剂检测盒。

38、综上所述，本发明合成了苯丙吡喃酮小分子荧光探针，在荧光传探针的ch3cn/h2o溶液中，分别加不同金属阳离子，发现只有hg2+时能使荧光探针的荧光增强，而fe3+的加入可以使荧光探针的荧光猝灭。此外在以a3-hg2+为主体的ch3cn/h2o溶液中分别加入不同阴离子，发现只有i-的加入能使a3-hg2+的荧光减弱。因此，该荧光探针能够高灵敏度、高选择性识别fe3+、hg2+和i-，识别过程不受其他金属阳离子干扰。另外，该荧光探针在检测中药材中的hg2+浓度具有很好的应用前景。