一种用于检测二价铅离子的比率型荧光探针及其制备方法与流程

本发明属于荧光探针技术领域。

背景技术：

铅是重金属中具有毒性的污染物之一，铅污染主要是人为因素造成的，如含铅汽油的燃烧、含铅污染物的工业排放、含铅油漆的使用等。其中大部分铅在土壤和地下水中循环，并可通过食物链进入人体，从而对人体健康造成严重和长期的影响。即使极少量的铅离子也会造成神经性、生殖性紊乱以及心血管问题。特别的是，铅离子对儿童的发育也会造成严重的损伤。因此，开发简便、快捷、有效、经济的铅离子检测方法具有重要的意义。

原子吸收光谱仪、电感耦合等离子体质谱、阳极溶出伏安法、离子色谱法等是现在检测铅离子的常用方法。然而，这些方法需要精致及昂贵的仪器，制样过程不太简便，测试所需要的时间也较长。相比而言，荧光分析法具有对金属离子的灵敏度高，选择性强，响应时间短的特点；同时制样过程简便，对细胞损伤小；荧光探针本身也廉价易得，所以这种方法已经成为检测微量样品的有力手段。传统的探针是以荧光强度的变化作为检测信号，然而，在固定的激发波长下，其荧光强度的变化很容易受到仪器参数、探针所处的环境、探针浓度等因素的影响，导致探针的灵敏性不够准确。而比率型荧光探针是以两个不同发射波长处的荧光强度的比值作为信号响应来实现检测物定量检测的一种新型检测手段，能够有效的解决这些干扰因素的影响，达到准确检测铅离子的目的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于检测二价铅离子的比率型荧光探针，其可应用于水相环境中进行铅离子的高选择性检测，检测速度快，灵敏性强，抗干扰能力强的优点。

本发明所述的用于铅离子检测的比率型荧光探针，其结构式为：

本发明提供了上述比率型荧光探针的制备方法，将2,5-双(2-氨基苯基)-1,3,4-噁二唑与丁二酸酐反应，得到2,2’-(1,3,4-噁二唑-2,5-二基)双[n-(3-羧基丙酰基)苯胺](简称obca)。

合成路线如下：

所述步骤是采用下述方法实现的：将丁二酸酐溶解在四氢呋喃(i)中得到丁二酸酐溶液，将2,5-双(2-氨基苯基)-1,3,4-噁二唑溶解在四氢呋喃(ii)中得到2,5-双(2-氨基苯基)-1,3,4-噁二唑溶液；再将丁二酸酐溶液滴加入2,5-双(2-氨基苯基)-1,3,4-噁二唑溶液中，加热至70-80℃，反应36-48小时后停止加热；冷却至室温后，将上述混合液加入到1mol/l的盐酸中，有乳白色固体析出，抽滤得到目标产物2,2’-(1,3,4-噁二唑-2,5-二基)双[n-(3-羧基丙酰基)苯胺](obca)，即用于检测二价铅离子的比率型荧光探针。

其中，2,5-双(2-氨基苯基)-1,3,4-噁二唑、丁二酸酐、四氢呋喃(i)和四氢呋喃(ii)的摩尔比为1:(8-12):(60～65):(180-190)。

本发明所述的比率型荧光探针可直接用于水体系或生物体系中二价铅离子的检测，探针本身在383nm处有明显的发射峰，在365nm的紫外灯照射下溶液几乎呈无色；随着铅离子的加入383nm处的强度逐渐降低，432nm处的强度逐渐升高，形成新的发射峰，在365nm的紫外灯照射下溶液颜色明显变亮，呈蓝紫色，432nm处荧光强度与383nm处荧光强度的比值与铅离子浓度在一定范围内呈线性关系。该探针对铅离子的检测速度快，响应时间仅仅需要17秒，同时其他金属离子对检测的干扰小，是一种理想的铅离子快速检测传感探针。

本发明的有益效果：

1)本发明比率型荧光探针制备方法简单，反应设备简单，产物纯度高。

2)本发明利用比率荧光实现了对二价铅离子的精准和快速的检测，能够有效的解决仪器参数不同、探针所处的环境不同、探针浓度不同等因素的影响，同时抗其他金属离子的干扰性强。

3)本发明比率型荧光探针对检测环境和生物体系铅离子含量有显著作用。

附图说明

图1为本发明实施例1中比率型荧光探针的¹hnmr(dmso-d6)谱图；

图2为本发明实施例2中比率型荧光探针随二价铅离子的加入荧光光谱图的变化。

图3为本发明实施例2中比率型荧光探针随二价铅离子的加入其荧光强度比值i432/i383与铅离子浓度的线性关系图。

图4为本发明实施例3中比率型荧光探针在加入不同金属离子后的荧光光谱图。

图5为本发明实施例3中比率型荧光探针在干扰离子存在下对铅离子的检测图。

图6为本发明实施例4中比率型荧光探针对二价铅离子的响应时间图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图具体说明本发明技术方案，但本发明并不受这些具体实施例的限制。

实施例1：比率型荧光探针2,2’-(1,3,4-噁二唑-2,5-二基)双[n-(3-羧基丙酰基)苯胺](obca)的制备方法

在50℃条件下，将2g(约20.0mmol)丁二酸酐溶解于10ml四氢呋喃中，同时将0.5g(约2.0mmol)2,5-双(2-氨基苯基)-1,3,4-噁二唑溶解于30ml四氢呋喃中。待全部溶解后，将丁二酸酐溶液滴加到2,5-双(2-氨基苯基)-1,3,4-噁二唑溶液中，升温至75℃回流加热，反应40小时后停止加热。冷却至室温后，将上述混合液滴加到100ml浓度为1mol/l的盐酸中，静置后有乳白色固体析出，抽滤得到固体并用蒸馏水洗涤3次后烘干，得到目标产物2,2’-(1,3,4-噁二唑-2,5-二基)双[n-(3-羧基丙酰基)苯胺]。

所制备的比率型荧光探针的¹hnmr(dmso-d6)图谱如图1所示。¹hnmr(500mhz，dmso-d6)δ/ppm:12.21(s,2h,cooh),10.59(s,2h,conh),8.39(d,2h,arh),8.15(d,2h,arh),7.65(t,2h,arh),7.35(t,2h,arh),2.74(t,4h,ch2),2.59(t,4h,ch2)。

实施例2：比率型荧光探针在二价铅离子检测中的应用

将实施例1制备的比率型荧光探针(obca)溶于10mm的4-羟乙基哌嗪乙磺酸(hepes)缓冲溶液中，配置成浓度为100μm的荧光探针溶液，作为储备液。取1ml的储备液加入到10ml容量瓶中，分别加入0ml、0.1ml、0.2ml、0.3ml、0.4ml、0.5ml、0.6ml、0.7ml、0.8ml、0.9ml、1.0ml的1mmpb²⁺溶液，并用4-羟乙基哌嗪乙磺酸(hepes)缓冲溶液定容至10ml，得到的待测溶液含有10μm的荧光探针和0-100μm的pb²⁺溶液。对上述体系进行荧光光谱测试，激发波长为340nm，发射波长范围为350-500nm，如图2所示。实验表明随着pb²⁺溶液浓度逐渐升高，在383nm处荧光发射峰强度逐渐降低，在432nm处荧光发射峰强度逐渐升高。从图3中可以看出，432nm处与383nm处荧光强度的比值i432/i383随着pb²⁺浓度增大而增大，其中在0-50μm范围内呈现良好的线性关系，因此可以利用这个比值来定量检测铅离子的浓度。表1为图3线性关系数据，线性方程为y＝0.42+0.0202x，其中x表示pb²⁺浓度，y表示432nm处与383nm处荧光强度的比值i432/i383。

表1

实施例3：比率型荧光探针对不同金属离子的选择性

向荧光探针(obca)的hepes缓冲溶液中加入过量的zn²⁺、na⁺、cu²⁺、ni²⁺、fe³⁺、ag⁺、mg²⁺、cd²⁺、sn²⁺、mn²⁺、co²⁺、k⁺、hg²⁺，对其进行荧光光谱测试，激发波长为340nm，如图4所示，结果表明其他金属离子引起的荧光强度变化远不如铅离子明显。与此同时，在图5中可以看出，其他金属离子与铅离子共存的情况下，432nm处与383nm处荧光强度的比值i432/i383仍然接近于无其他金属离子的比值，这也意味着，在其他金属离子的存在下，该探针对铅离子有良好的检测能力。

实施例4：比率型荧光探针对二价铅离子的响应时间

向荧光探针(obca)的4-羟乙基哌嗪乙磺酸(hepes)缓冲溶液中加入pb²⁺后，经过约17s后，432nm处的荧光强度就会达到最大值，随后强度趋于稳定，如图6所示，这说明该探针对pb²⁺基本上能够达到实时监测的要求，同时该探针对pb²⁺快速的响应也是它的一个明显的优势。