荧光探针及其合成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种水溶性聚合物Hg2+荧光探针及其合成方法，基于罗丹明6G和 PNIPAM而获得，以水相检测的方式检测待测水体中的Hg2+，在完成检测后能够被从待测水 体中分离出来，属于荧光比色化学传感器微量分析技术领域。 技术背景
[0002] 无论是汞元素还是汞离子，进入环境后都能够由细菌通过生物甲基化反应转化为 甲基汞。而甲基汞能够通过食物链进入人体，严重损害人体健康，甚至危及生命。监测水体 是否发生汞污染的技术有多种，其中一种是荧光比色化学传感器检测技术。该技术能够在 线检测待测体系，根据由荧光比色化学传感器获得的荧光信号获得检测结果，选择性好，并 且灵敏度高，因而检出限低。作为荧光探针的传感物质为有机小分子化合物，包括罗丹明衍 生物、荧光素类衍生物、冠醚、杯芳烃、扑啉、多肽等，例如采用罗丹明硫酰肼，由紫外光激发 获得荧光信号，荧光响应速度快，使得检测能够在线进行，实时完成。并且，在完成检测后， 通过逆向反应恢复荧光探针的原来状态，再由色谱法等方法使之与待测体系分离，从而得 以循环使用。
[0003] 然而，所述基于有机小分子的荧光比色化学传感器检测技术存在以下缺点：
[0004] 1、不能实现真正意义的水相检测。因为，这些有机小分子化合物在水中的溶解性 较差，需要在检测过程中加入大量能够与水互溶的有机溶剂，如乙醇、乙氰等，不仅增加额 外材料消耗，也因此降低了检测灵敏度。
[0005] 2、不易将荧光探针与待测体系分离。因为，虽然可以采用色谱法等方法实现分离， 但是，需要借助特殊仪器并采取复杂措施，分离成本也大幅增加。
[0006] 在现有技术中，也有将罗丹明与水溶性聚合物结合获得一种罗丹明衍生物的方 案，其制备方法步骤繁琐，制备难度较大。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于通过罗丹明与水溶性聚合物结合，能够很容易地获得一种荧光 比色化学传感物质，采用该物质能够直接以水相检测的方式检测待测体系中的Hg 2+，不仅具 有高选择性、低检出限，而且能够在完成检测后很容易地与待测体系分离。为此，我们发明 了一种水溶性聚合物Hg 2+荧光探针及其合成方法。
[0008] 本发明之水溶性聚合物Hg2+荧光探针是一种罗丹明衍生聚合物，其特征在于，其 构成部分包括罗丹明6G骨架、阴离子键合结构单元及聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM)，所述 罗丹明衍生物其结构式如下：
[0009]
[0010] 其中，η为大于零的整数，分子量为2300~12100。
[0011] 本发明之水溶性聚合物Hg2+荧光探针合成方法其特征在于，首先，以罗丹明6G 为原料，与水合肼反应制得含有氨基的罗丹明6G内酯环；然后，将所述含有氨基的罗丹明 6G内酯环与α -溴代异丁酰溴反应，制得远端含有罗丹明6G内酯环的引发剂；最后，采用 ATRP (原子转移自由基聚合法），由所述引发剂引发N-异丙基丙烯酰胺单体聚合，所述引发 剂与所述单体的摩尔比为1:20~80,制备出分子量为2300~12100的水溶性聚合物Hg 2+ 荧光探针。
[0012] 相比于现有技术，采用本发明之方法能够很容易地制备出最终产物水溶性聚合物 Hg2+荧光探针，如前所述，由远端含有罗丹明6G内酯环的引发剂通过成熟的ATRP方法引发 N-异丙基丙烯酰胺单体聚合即完成制备。
[0013] 荧光探针分子量对荧光比色化学传感器检测技术的检测效果有直接和明显的影 响，当分子量过低时，荧光探针的溶解度降低，其中的聚N-异丙基丙烯酰胺的温敏性不能 表现出来；当分子量过高时，由于围绕在含有氨基的罗丹明6G内酯环本体附近的N-异丙基 丙烯酰胺的链过长，会降低检测灵敏度，从而抬高检出限。鉴于此，本发明将本发明之水溶 性聚合物Hg 2+荧光探针的分子量控制在2300~12100范围内。
[0014] 聚N-异丙基丙烯酰胺具有典型的温敏性，由于该物质的引入，使得本发明之水溶 性聚合物Hg 2+荧光探针获得良好的温敏性。这一特点使得本发明获得两方面的技术效果。 一是水相检测，二是荧光探针的回收。具体说来，在最低临界溶解温度（LSCT)以下时，所述 水溶性聚合物Hg 2+荧光探针表现出亲水性，在水相的待测体系中充分溶解，二者呈现为均 相，这一点由此时加入了所述水溶性聚合物Hg 2+荧光探针的待测体系所具有的光的高透过 率印证，如图1所示，此时即可进行待测体系的荧光比色化学传感器检测。当检测完毕后， 只需将加入了所述水溶性聚合物Hg 2+荧光探针的待测体系升温至最低临界溶解温度以上， 此时，所述水溶性聚合物Hg2+荧光探针变现出疏水性，从待测体系中析出，二者呈现为异 相，这一点由此时加入了所述水溶性聚合物Hg 2+荧光探针的待测体系所具有的光的低透过 率印证，如图1所示。如果将加入了所述水溶性聚合物Hg2+荧光探针的待测体系的温度在 最低临界溶解温度上下切换，如25°C、50°C，即可重复再现所述水溶性聚合物Hg 2+荧光探针 的亲水性和疏水性，如图2所示。当温度为50°C时，即可以过滤的方式，直接将所述水溶性 聚合物Hg 2+荧光探针与待测体系分离，不仅避免二次污染，而且实现了所述水溶性聚合物 Hg2+荧光探针的循环利用，检测过程无试剂消耗，实现了荧光探针的器件化。
[0015] 以下实验说明本发明之水溶性聚合物Hg2+荧光探针具有非常高的选择性。准确称 取干燥后的水溶性聚合物Hg 2+荧光探针配成浓度为0. 2g/L的溶液，采用pH = 7. 00的HEPES 缓冲溶液，依次向所述溶液中分别加入等体积、浓度均为IX l(T3m〇l/L的NaCl、KCl、AgCl、 BaCl2、CaCl2、CdCl2、CuCl2、MgCl 2、MnCl2、Hg (ClO4) 2溶液，同时由 500nm 波长的光激发，产生 峰值位于550nm的荧光，依次测试荧光强度，只有在Hg2+出现时，才有强荧光突现，如图3所 示，说明本发明之水溶性聚合物Hg 2+荧光探针对Hg 2+具有非常高的选择性。
[0016] 以下实验说明本发明之水溶性聚合物Hg2+荧光探针具有非常低的检出限。该实验 测试了 Hg2+浓度不同的待测体系对水溶性聚合物Hg2+荧光探针的荧光响应。准确称取干燥 后的水溶性聚合物Hg 2+荧光探针配成浓度为0. 2g/L的溶液，采用pH = 7. 00的HEPES