一种荧光素型离子液体及其合成方法与在汞离子或甲基汞离子检测中的应用

1.本发明涉及一种荧光素型离子液体及其合成方法，以及在实际样品中汞离子或甲基汞离子荧光/比色快速检测中的应用。


背景技术：

2.汞及其化合物都是具有剧毒的、对环境和人体健康有严重危害的重金属离子污染物，汞的毒性与其存在状态有很大的关系。汞主要有金属汞、无机汞、有机汞三种存在形式，其中hg
2+
是水样中的主要存在状态。水样中的hg
2+
很容易在微生物或化学反应的作用下变为毒性更大的甲基汞离子，极易通过食物链放大，在生物体内富集，进入人体后会透过细胞膜被血液细胞组织运送到全身的组织中，破坏中枢神经系统，影响肝和肾脏功能，使人体慢性中毒。
3.传统的对汞离子和甲基汞离子的检测方法主要有液相色谱-原子荧光光谱法(lc-afs)、液相色谱-电感耦合等离子体质谱法(lc-icp-ms)和气相色谱-原子荧光光谱法(gc-fs)等，这些检测方法通常具有较低的检测限和较高的灵敏度，但需要精密昂贵的大型仪器，依赖于专业人员的操作，检测时间通常较长，无法满足即时检测汞离子和甲基汞离子的需求。因此，需要建立一种成本低廉、操作简单、灵敏度高的检测甲基汞离子的方法。
4.离子液体是在室温或接近室温时为液态的一种完全由阴阳离子构成的化合物，也被称为室温熔融盐。作为一种功能材料，离子液体已被广泛应用于各个领域，例如催化剂、溶剂、电化学和提取。近年来，具有强烈荧光发射的荧光离子液体引起了许多科研工作者的注意，已应用于抗氧化剂、抗生素、重金属离子等多种有害或有效成分的检测。离子液体热稳定性优良、结构稳定，同时，具有高度可调性，展现出较大的发展潜力。
5.为了解决实际样品中汞离子和甲基汞离子的检测时间长、前处理复杂等问题，本发明通过简单的离子交换法合成了具有强烈绿色荧光发射的离子液体[fluo][p
66614
]2，当传感器与汞离子和甲基汞离子络合后会导致传感器荧光的猝灭，为即时检测实际样品中的汞离子和甲基汞离子提供了可能。


技术实现要素：

[0006]
本发明提供了一种荧光素型离子液体及其合成方法，该荧光素型离子液体对汞离子和甲基汞离子具有高灵敏度和特异性，可用于实际样品中汞离子和甲基汞离子的快速检测，且检测限低、灵敏度高、可视化效果明显、操作简单。
[0007]
本发明以绿色荧光发射的离子液体[fluo][p
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]2为荧光/比色探针，以汞离子或甲基汞离子为待测物，当汞离子或甲基汞离子与[fluo][p
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]2络合后会使[fluo][p
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]2的荧光发生显著的猝灭，然后根据拟合的线性曲线实现对复杂基质中汞离子或甲基汞离子的准确识别和定量检测。
[0008]
本发明的技术方案如下：
[0009]
一种荧光素型离子液体，化学式为[fluo][p
66614
]2，结构式如式(i)所示：
[0010][0011]
本发明所述荧光素型离子液体[fluo][p
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]2的制备方法如下：
[0012]
将[p
66614
][oh]与荧光素在无水乙醇中混合，于40～80℃搅拌反应8～20h，之后减压蒸除溶剂并干燥，得到荧光素型离子液体[fluo][p
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]2(橙黄色的粘稠液体)；
[0013]
所述荧光素结构式如式(ii)所示：
[0014][0015]
所述[p
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][oh]与荧光素的摩尔比为1.5～2.5：1；
[0016]
所述[p
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][oh]按如下方法制备得到：
[0017]
将三己基(十四烷基)氯化膦([p
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][cl])的乙醇溶液加入到装有强碱性阴离子交换树脂的层析柱中，收集流出液即为[p
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][oh]的乙醇溶液(无需蒸干，直接用于后续反应)；
[0018]
所述强碱性阴离子交换树脂为717强碱性i型阴离子交换树脂，使用前经过如下预处理：将阴离子交换树脂装入填充柱内，用1～2mol/l的氢氧化钠水溶液洗涤直至在流出液中滴加酸化的硝酸银溶液不会产生白色沉淀(证明无cl-存在)，然后用去离子水冲洗至ph＝7.0，最后用无水乙醇冲洗，将填充柱内的去离子水完全洗出，备用。
[0019]
本发明所述荧光素型离子液体[fluo][p
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]2可作为荧光/比色探针用于实际样品中汞离子或甲基汞离子的快速检测。所述实际样品例如：茶叶、白酒、尿液、人血浆、人血清、牛血清蛋白。
[0020]
具体的应用方法为：
[0021]
(1)绘制标准曲线
[0022]
将荧光素型离子液体[fluo][p
66614
]2溶于无水乙醇，加入硫酸汞或氯化甲基汞标准品配置的标准溶液，在激发波长为460nm、激发与发射狭缝宽度均为10nm的条件下扫描[fluo][p
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]2荧光发射光谱，记录荧光发射峰的位置及对应的荧光强度；
[0023]
以f1/f0为纵坐标，硫酸汞的浓度为横坐标进行线性拟合，建立汞离子的标准曲线；其中f0、f1分别为加入hg
2+
前后[fluo][p
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]2的荧光强度；
[0024]
以f1/f0为纵坐标，氯化甲基汞的浓度为横坐标进行线性拟合，建立甲基汞离子的标准曲线；其中f0、f1分别为加入ch3hg
+
前后[fluo][p
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]2的荧光强度；
[0025]
(2)实际样品检测
[0026]
将荧光素型离子液体[fluo][p
66614
]2溶于无水乙醇，使[fluo][p
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]2的荧光强度在460nm激发波长下为800～1200a.u.；然后加入待测的实际样品，在激发波长为460nm、激发与发射狭缝宽度均为10nm的条件下采集荧光发射光谱，记录荧光发射峰的位置及对应的荧光强度；最后根据步骤(1)拟合的线性曲线对实际样品中的汞离子和甲基汞离子进行定量。
[0027]
本发明中荧光光谱测定条件均为激发波长为460nm，激发和发射狭缝宽度均为10nm，发射波长测量范围为475～620nm。
[0028]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0029]
(1)以简单的离子交换法合成具有绿色荧光发射的离子液体，该方法合成步骤简单、原料简单易得；
[0030]
(2)设计合成的[fluo][p
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]2荧光离子液体量子产率高、热稳定性好、对环境污染性小；
[0031]
(3)制备的离子液体[fluo][p
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]2对汞离子和甲基汞离子有较强的特异性、灵敏度，对汞离子和甲基汞离子检测的可视效果明显；
[0032]
(4)本发明可以对实际样品中的汞离子和甲基汞离子进行定性分析、定量检测，为实际样品中汞离子和甲基汞离子的快速检测提供了可能。
附图说明
[0033]
图1为本发明在[fluo][p
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]2的乙醇溶液中加入不同浓度(1nmol，3nmol，5nmol，7nmol，10nmol，15nmol，20nmol，25nmol，30nmol，35nmol，40nmol)的硫酸汞的乙醇溶液的荧光发射光谱图。
[0034]
图2为本发明以f0/f1为纵坐标，硫酸汞浓度(1～15nm)为横坐标拟合的线性曲线。
[0035]
图3为本发明在[fluo][p
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]2的乙醇溶液中加入不同浓度(0，100nmol，10nmol，1nmol，0.1nmol，0.01nmol)的硫酸汞的乙醇溶液在紫外灯照射下拍摄的可视化照片。
[0036]
图4为本发明在[fluo][p
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]2的乙醇溶液中加入硫酸汞的乙醇溶液(30μmol)、甲基汞离子的乙醇溶液(30μmol)和其他常见金属离子的f0与f1的比值图。
[0037]
图5为本发明在实际样品(白酒，茶叶，人血浆，人血清，牛血清蛋白，尿液)中的加标回收结果。
[0038]
图6为本发明在[fluo][p
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]2的乙醇溶液中加入不同浓度(0，1μmol，3μmol，5μmol，7μmol，10μmol，30μmol，50μmol，70μmol)的甲基汞离子的乙醇溶液的荧光发射光谱图。
[0039]
图7为本发明以f0/f1为纵坐标，甲基汞离子浓度(0.1～5μm)为横坐标拟合的线性曲线。
[0040]
图8为本发明在[fluo][p
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]2的乙醇溶液中加入不同浓度(0，0.1μmol，1μmol，10μmol)的甲基汞离子的乙醇溶液在紫外灯照射下拍摄的可视化照片。
具体实施方式
[0041]
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，不应理解以下内容是对本发明的权利要求书请求保护范围的限制。
[0042]
实施例中所使用的化学试剂和溶剂均为分析纯，强碱性阴离子交换树脂为717强碱性i型阴离子交换树脂，购自阿拉丁化学有限公司。
[0043]
所述的荧光光谱测定条件均为激发波长为460nm，发射波长475～620nm，激发和发射狭缝宽度均为10nm。
[0044]
实施例1
[0045]
一种荧光离子液体的合成，具体合成方法如下：
[0046]
(1)[p
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][cl]的脱氯处理：
[0047]
将[p
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][cl]的乙醇溶液缓缓加入到装有强碱性阴离子交换树脂的层析柱中，收集流出液[p
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][oh]的乙醇溶液。
[0048]
(2)荧光离子液体[fluo][p
66614
]2的制备
[0049]
称取2mol荧光素和4mol[p
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][oh]的乙醇溶液置于250ml圆底烧瓶，加入50ml无水乙醇，于60℃油浴中反应12h，边加热边搅拌。用旋转蒸发仪除去反应后产物溶液的溶剂后在60℃的油浴中加热，边加热边通氮气(约30min)，最终得到橙黄色的粘稠状液体。室温密封保存。
[0050]
实施例2
[0051]
一种用于快速检测实际样品中汞离子的荧光/比色检测法，具体步骤包括：
[0052]
(1)荧光/比色探针对汞离子的检测：
[0053]
配置[fluo][p
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]2浓度为1
×
10-3
mol/l的乙醇溶液为储备液，进行荧光测试前将储备液稀释100倍。取200μl的[fluo][p
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]2于石英微量比色皿内，然后加入不同浓度(1nmol，3nmol，5nmol，7nmol，10nmol，15nmol，20nmol，25nmol，30nmol，35nmol，40nmol)硫酸汞的乙醇溶液，采集溶液的荧光发射光谱(图1)。激发波长为460nm，激发和发射狭缝宽度均为10nm。记录最高峰的荧光强度。根据拟合的线性曲线对汞离子进行定量检测。如图2所示，线性相关系数r2＝0.996，检测限为0.4nmol，线性范围为1～15nmol。
[0054]
在紫外暗箱下观察加入不同浓度(0，100nmol，10nmol，1nmol，0.1nmol，0.01nmol)汞离子的乙醇溶液，如图3所示，最低可对0.1nmol的汞离子进行可视化检测。
[0055]
(2)常见金属离子及阴离子对[fluo][p
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]2检测汞离子的干扰
[0056]
将200μl 1
×
10-5
mol/l的[fluo][p
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]2乙醇溶液与300μl 1
×
10-7
mol/l硫酸汞的乙醇溶液或100μl 1
×
10-5
mol/l的其他金属离子(agno3，zn(ac)2，mgcl2，kcl，bacl2，nicl2，zncl2，pb(no3)2，cdcl2，ni(no3)2，zn(no3)2，cacl2，co(no3)3，znso4，cu(no3)2，cuso4，mncl2，al(no3)3，cucl2，mn(ac)4，fecl2，feso4，fe(no3)3，fecl3，cr(no3)3，nacl，na3po4，na2s，k2co3)的乙醇溶液混合，使用无水乙醇定容至1ml，在激发波长为460nm，激发和发射狭缝宽度均为10nm的条件下采集荧光发射光谱。以加入不同金属离子前后[fluo][p
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]2溶液荧光强度的比值(f0/f1)为纵坐标，金属离子的种类为横坐标绘制柱状图，如图4。
[0057]
(3)实际样品中汞离子的检测
[0058]
将0.05g茶叶与一定量的硫酸汞在5ml乙醇中浸泡10min，取上清液。加入200μl 1
×
10-5
mol/l的[fluo][p
66614
]2乙醇溶液，在激发波长为460nm，激发和发射狭缝宽度均为10nm的条件下采集荧光发射光谱。
[0059]
同样的，将一定量硫酸汞加入白酒、尿液、人血清(0.01g溶于10ml无水乙醇溶液)、人血浆(100μl溶于9.9ml无水乙醇)、牛血清蛋白(0.01g溶于10ml无水乙醇溶液)中，使用加
标回收法分析实际样品中的汞离子，如图5。
[0060]
实施例3
[0061]
一种用于快速检测甲基汞离子的荧光/比色检测法，具体步骤包括：
[0062]
(1)荧光/比色探针对甲基汞离子的检测：
[0063]
配置[fluo][p
66614
]2浓度为1
×
10-3
mol/l的乙醇溶液为储备液，进行荧光测试前将储备液稀释100倍。取200μl的[fluo][p
66614
]2于石英微量比色皿内，然后加入不同浓度(0，1μmol，3μmol，5μmol，7μmol，10μmol，30μmol，50μmol，70μmol)甲基汞离子的乙醇溶液，采集溶液的荧光发射光谱(图6)。激发波长为460nm，激发和发射狭缝宽度均为10nm。记录最高峰的荧光强度。根据拟合的线性曲线对甲基汞离子进行定量检测。如图7所示，线性相关系数r2＝0.9913，检测限为60nmol，线性范围为0.1μmol～5μmol。
[0064]
在紫外暗箱下观察加入不同浓度(0，0.1μmol，1μmol，10μmol)甲基汞离子的乙醇溶液，如图8所示，最低可对0.1μmol的甲基汞离子进行可视化检测。
[0065]
(2)常见金属离子及阴离子对[fluo][p
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]2检测甲基汞离子的干扰
[0066]
将200μl 1
×
10-5
mol/l的[fluo][p
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]2乙醇溶液与100μl 1
×
10-6
mol/l甲基汞离子的乙醇溶液或100μl 1
×
10-5
mol/l的其他金属离子(agno3，zn(ac)2，mgcl2，kcl，bacl2，nicl2，zncl2，pb(no3)2，cdcl2，ni(no3)2，zn(no3)2，cacl2，co(no3)3，znso4，cu(no3)2，cuso4，mncl2，al(no3)3，cucl2，mn(ac)4，fecl2，feso4，fe(no3)3，fecl3，cr(no3)3，nacl，na3po4，na2s，k2co3)的乙醇溶液混合，使用无水乙醇定容至1ml，在激发波长为460nm，激发和发射狭缝宽度均为10nm的条件下采集荧光发射光谱。以加入不同金属离子前后[fluo][p
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]2溶液荧光强度的比值(f0/f1)为纵坐标，金属离子的种类为横坐标绘制柱状图，如图4。