本发明属于化学传感技术领域,具体涉及一种比色和荧光双响应型tnp检测探针,本发明还涉及一种比色和荧光双响应型tnp检测探针的制备方法。
背景技术:
2,4,6-三硝基苯酚(tnp)又称苦味酸(picricacid,pa),是一种比2,4,6-三硝基甲苯(tnt)具有更强爆炸力的黄色炸药,最初用于填装炮弹而被人们熟知。2,4,6-三硝基苯酚经震动、碰撞等易发生剧烈分解而引起爆炸,被用于制造电雷管、烟花等。此外,2,4,6-三硝基苯酚还广泛用于染料、医药、皮革等行业中。然而,tnp的大量使用对人类健康及公共安全造成极大的危害。长期大量接触tnp会引起头晕、头痛、诱发皮炎及导致肝、肾损害。
目前已经报道的tnp的检测方法多为仪器检测方法:如电化学法、拉曼光谱法、质谱法等。该类方法仍需解决现场检测不便及选择性低等问题。因此,一种简便、高效、专一的有机小分子类tnp检测探针更符合实时、高效、高选择性的检测需求。
技术实现要素:
本发明的目的是提供一种比色和荧光双响应型tnp检测探针,解决了现有技术tnp检测技术存在的空白,提供一种具有选择性好、灵敏度高、响应速度快等特点的有机小分子类tnp比色/荧光探针。
本发明所采用的第一技术方案是,一种比色和荧光双响应型tnp检测探针,具有以下结构式:
本发明所采用的第二技术方案是,一种比色和荧光双响应型tnp检测探针的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、将罗丹明b与乙二胺反应制备得到罗丹明b乙二胺中间体;
步骤2、将所述步骤1得到的罗丹明b乙二胺中间体与1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐于干燥的有机溶剂中、加热条件下发生反应,合成对称的探针分子;
步骤3、将步骤2得到的反应液经过滤得到粗产物,粗产物采用有机溶剂重结晶得到淡红色探针分子。
步骤2中罗丹明b乙二胺中间体与1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐的摩尔比为2.0:0.9~1.2。
步骤2中罗丹明b乙二胺中间体与1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐发生反应时的反应温度为10~100℃。
步骤2中的有机溶剂为乙腈、四氢呋喃、氯仿、n,n-二甲基甲酰胺或n-甲基吡咯烷酮中的一种。
步骤3中重结晶采用的有机溶剂为乙腈或乙醇。
本发明的有益效果是,一种比色和荧光双响应型tnp检测探针,填补了该类型tnp检测方法的空白,可根据探针溶液颜色的变化,可视化鉴别tnp;使用荧光光谱仪及紫外可见光谱仪可定量地测定tnp浓度,解决了现有tnp检测技术中存在的特异性识别能力低、检测操作复杂、检测灵敏度低等技术缺陷。
附图说明
图1是探针分子以氘代dmso为溶剂所做核磁共振氢谱;
图2是探针分子以氘代dmso和氘代水混合溶剂所做核磁共振氢谱;
图3是20μm/l探针甲醇溶液对不同浓度tnp(0-190μm)的荧光测试响应曲线图;
图4是20μm/l探针甲醇溶液对不同浓度tnp(0-190μm)的荧光测试响应拟合曲线图;
图5是20μm/l探针甲醇溶液对不同浓度tnp(0-190μm)的紫外-可见吸收响应曲线图;
图6是20μm/l探针甲醇溶液对不同浓度tnp(0-190μm)的紫外-可见吸收响应拟合曲线;
图7是20μm/l探针甲醇溶液对同等浓度(100μm)不同结构类似物的荧光测试响应图;
图8是探针甲醇溶液对tnp荧光检测响应时间测试图;
图9是探针甲醇溶液对tnp紫外-可见吸收检测响应时间测试图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种比色和荧光双响应型tnp检测探针,具有以下结构式:
一种比色和荧光双响应型tnp检测探针的制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、将罗丹明b与乙二胺反应制备得到罗丹明b乙二胺中间体;
步骤2、将所述步骤1得到的罗丹明b乙二胺中间体与1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐于干燥的有机溶剂中、加热条件下发生反应,合成对称的探针分子;
步骤2中罗丹明b乙二胺中间体与1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐的摩尔比为2.0:0.9~1.2;
步骤2中罗丹明b乙二胺中间体与1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐发生反应时的反应温度为10~100℃;
步骤2中干燥的有机溶剂为乙腈、四氢呋喃、氯仿、n,n-二甲基甲酰胺或n-甲基吡咯烷酮中的一种。
步骤3、将步骤2得到的反应液经过滤得到粗产物,粗产物采用有机溶剂重结晶得到淡红色探针分子;
步骤3中重结晶采用的有机溶剂为乙腈或乙醇。
一种比色和荧光双响应型tnp检测探针的制备方法如下:
式1为罗丹明b乙二胺中间体,式2为1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐,式3为比色和荧光双响应型tnp检测探针。
本发明一种比色和荧光双响应型tnp检测探针的检测原理如下:
本发明利用探针分子与tnp分子特异性的络合作用反应,打开探针分子中罗丹明b结构单元中的螺环,而导致探针分子共轭体系发生变化,使其在紫外和荧光光谱上产生显著地变化,且该变化可通过肉眼辨别(探针溶液由无色变为红色)。
本发明所述探针的使用方法并无特殊限制。通常可以在室温下将探针分子溶解在乙醇或甲醇溶液中进行测试。为研究该探针分子对tnp分子的特异性识别作用,以甲醇或乙醇为溶剂配制浓度为20μm/l的探针溶液;分别配制10mm的对硝基苯酚、间硝基苯胺、2,4,6-三硝基苯酚(tnp)、对硝基苯肼、2,4-二硝基苯肼、苯肼、对硝基苯甲酸、5-氨基间苯二甲酸、3,3-二氨基联苯胺、联苯胺、对苯二胺的甲醇或乙醇溶液。
该探针对于不同浓度的tnp产生响应,呈现良好的线性关系。在tnp浓度为25-80μm及80-170μm范围内可采用荧光检测方法对tnp进行定量检测,tnp最低检测浓度为1.69nm/ml(激发波长为500nm);在tnp浓度为15-80μm及80-170μm范围内,可采用紫外可见吸收检测方法对tnp进行定量检测,tnp最低检测浓度为1.17nm/ml。
该探针对于同等浓度(100μm)的不同tnp结构类似物均无明显响应,且对tnp响应迅速。
图1为以dmso-d6为溶剂对探针分子所做的核磁共振氢谱表征,从该图可以看出该探针为对称分子,化学位移δ=12.17为羧基氢核磁共振信号、δ=7.77为酰胺氢核磁共振信号,其它位置的氢均可归属。结合质谱数据可确证该分子结构;
图2为以dmso-d6和d2o为溶剂,对探针分子所做的核磁共振氢谱表征,化学位移δ=12.17的羧基氢核磁共振信号、δ=7.77的酰胺氢核磁共振信号(结合图1)消失,结合质谱数据可进一步确证该分子结构;
图3中横坐标为波长、纵坐标为探针溶液加入tnp溶液后(ph约为7.0)的相对荧光强度;
图4中横坐标为浓度、纵坐标为探针溶液加入tnp溶液后(ph约为7.0)的相对荧光强度;
图5中横坐标为波长、纵坐标为探针溶液加入tnp溶液后(ph约为7.0)的相对紫外吸收强度;
图6中横坐标为浓度、纵坐标为探针溶液加入tnp溶液后(ph约为7.0)的相对紫外吸收强度;
图7中横坐标为不同结构类似物、纵坐标为探针溶液加入同等浓度不同结构类似物后(ph约为7.0)的相对荧光强度。
实施例1
将罗丹明b与乙二胺反应制备得到罗丹明b乙二胺中间体,称取罗丹明b乙二胺中间体(式1,968mg,2.0mmol),1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐(式2,196mg,1.0mmol)及干燥的乙腈(10ml)于双颈反应瓶中,油浴加热下50℃反应24小时。tlc监测反应,反应完毕后,冷却、抽滤,滤饼用少量乙腈和水的混合溶剂洗涤两到三次。滤液旋蒸除去溶剂,固体用乙醇重结晶得到淡红色探针分子固体,共计1.01g,收率87%。
产物的结构表征数据如下:1hnmr(500mhz,dmso-d6)(t=298k)δ:ppm12.17(s,2h,cooh),7.77(s,2h,-conhr),7.77(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.33(m,18h),2.50-3.20(m,10h),1.03(t,j=5.95hz,24h);1hnmr(500mhz,dmso-d6+d2o)(t=298k)δ:ppm7.76(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.27(m,18h),3.16(d,j=7.80hz,2h),2.96(m,4h),2.71(t,j=8.70hz,4h),1.03(t,j=5.95hz,24h);ms(esi)calcd.forc68h78n8o10[m+2h]2+:m/z=583.3,found:583.3。
实施例2:
将罗丹明b与乙二胺反应制备得到罗丹明b乙二胺中间体,称取罗丹明b乙二胺中间体(式1,968mg,2.0mmol),1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐(式2,196mg,1.0mmol)及干燥的四氢呋喃(10ml)于双颈反应瓶中,油浴加热下50℃反应24小时。tlc监测反应,反应完毕后,冷却、抽滤,滤饼用少量四氢呋喃和水的混合溶剂洗涤两到三次。滤液旋蒸除去溶剂,固体用乙腈重结晶得到淡红色探针分子固体,共计0.97g,收率83%。
产物的结构表征数据如下:1hnmr(500mhz,dmso-d6)(t=298k)δ:ppm12.17(s,2h,cooh),7.77(s,2h,-conhr),7.77(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.33(m,18h),2.50-3.20(m,10h),1.03(t,j=5.95hz,24h);1hnmr(500mhz,dmso-d6+d2o)(t=298k)δ:ppm7.76(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.27(m,18h),3.16(d,j=7.80hz,2h),2.96(m,4h),2.71(t,j=8.70hz,4h),1.03(t,j=5.95hz,24h);ms(esi)calcd.forc68h78n8o10[m+2h]2+:m/z=583.3,found:583.3。
实施例3:
将罗丹明b与乙二胺反应制备得到罗丹明b乙二胺中间体,称取罗丹明b乙二胺中间体(式1,968mg,2.0mmol),1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐(式2,196mg,1.0mmol)及干燥的n-甲基吡咯烷酮(8ml)于双颈反应瓶中,油浴加热下100℃反应10小时。tlc监测反应,反应完毕后,冷却、向反应液中加入约50ml饱和食盐水,有大量固体析出。抽滤、干燥、固体用乙腈重结晶,得到淡红色探针分子固体,共计0.99g,收率85%。产物的结构表征数据如下:1hnmr(500mhz,dmso-d6)(t=298k)δ:ppm12.17(s,2h,cooh),7.77(s,2h,-conhr),7.77(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.33(m,18h),2.50-3.20(m,10h),1.03(t,j=5.95hz,24h);1hnmr(500mhz,dmso-d6+d2o)(t=298k)δ:ppm7.76(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.27(m,18h),3.16(d,j=7.80hz,2h),2.96(m,4h),2.71(t,j=8.70hz,4h),1.03(t,j=5.95hz,24h);ms(esi)calcd.forc68h78n8o10[m+2h]2+:m/z=583.3,found:583.3。
实施例4:
将罗丹明b与乙二胺反应制备得到罗丹明b乙二胺中间体,称取罗丹明b乙二胺中间体(式1,968mg,2.0mmol),1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐(式2,196mg,1.0mmol)及干燥的乙腈(10ml)于双颈反应瓶中,于10℃反应30小时。tlc监测反应,反应完毕后,冷却、抽滤,滤饼用少量乙腈和水的混合溶剂洗涤两到三次。滤液旋蒸除去溶剂,固体用乙醇重结晶得到淡红色探针分子固体,共计0.87g,收率75%。
产物的结构表征数据如下:1hnmr(500mhz,dmso-d6)(t=298k)δ:ppm12.17(s,2h,cooh),7.77(s,2h,-conhr),7.77(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.33(m,18h),2.50-3.20(m,10h),1.03(t,j=5.95hz,24h);1hnmr(500mhz,dmso-d6+d2o)(t=298k)δ:ppm7.76(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.27(m,18h),3.16(d,j=7.80hz,2h),2.96(m,4h),2.71(t,j=8.70hz,4h),1.03(t,j=5.95hz,24h);ms(esi)calcd.forc68h78n8o10[m+2h]2+:m/z=583.3,found:583.3。
实施例5:
将罗丹明b与乙二胺反应制备得到罗丹明b乙二胺中间体,称取罗丹明b乙二胺中间体(式1,968mg,2.0mmol),1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐(式2,176mg,0.9mmol)及干燥的乙腈(10ml)于双颈反应瓶中,于50℃反应24小时。tlc监测反应,反应完毕后,冷却、抽滤,滤饼用少量乙腈和水的混合溶剂洗涤两到三次。滤液旋蒸除去溶剂,固体用乙腈重结晶得到淡红色探针分子固体,共计0.84g,收率72%。
产物的结构表征数据如下:1hnmr(500mhz,dmso-d6)(t=298k)δ:ppm12.17(s,2h,cooh),7.77(s,2h,-conhr),7.77(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.33(m,18h),2.50-3.20(m,10h),1.03(t,j=5.95hz,24h);1hnmr(500mhz,dmso-d6+d2o)(t=298k)δ:ppm7.76(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.27(m,18h),3.16(d,j=7.80hz,2h),2.96(m,4h),2.71(t,j=8.70hz,4h),1.03(t,j=5.95hz,24h);ms(esi)calcd.forc68h78n8o10[m+2h]2+:m/z=583.3,found:583.3。
实施例6:
将罗丹明b与乙二胺反应制备得到罗丹明b乙二胺中间体,称取罗丹明b乙二胺中间体(式1,968mg,2.0mmol),1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐(式2,235mg,1.2mmol)及干燥的乙腈(10ml)于双颈反应瓶中,于50℃反应24小时。tlc监测反应,反应完毕后,冷却、抽滤,滤饼用少量乙腈和水的混合溶剂洗涤两到三次。滤液旋蒸除去溶剂,固体用乙醇重结晶得到淡红色探针分子固体,共计1.01g,收率87%。
产物的结构表征数据如下:1hnmr(500mhz,dmso-d6)(t=298k)δ:ppm12.17(s,2h,cooh),7.77(s,2h,-conhr),7.77(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.33(m,18h),2.50-3.20(m,10h),1.03(t,j=5.95hz,24h);1hnmr(500mhz,dmso-d6+d2o)(t=298k)δ:ppm7.76(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.27(m,18h),3.16(d,j=7.80hz,2h),2.96(m,4h),2.71(t,j=8.70hz,4h),1.03(t,j=5.95hz,24h);ms(esi)calcd.forc68h78n8o10[m+2h]2+:m/z=583.3,found:583.3。
实施例7
将罗丹明b与乙二胺反应制备得到罗丹明b乙二胺中间体,称取罗丹明b乙二胺中间体(式1,968mg,2.0mmol),1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐(式2,196mg,1.0mmol)及干燥的氯仿(10ml)于双颈反应瓶中,油浴加热下50℃反应24小时。tlc监测反应,反应完毕后,冷却、抽滤,滤饼用少量乙腈和水的混合溶剂洗涤两到三次。滤液旋蒸除去溶剂,固体用乙醇重结晶得到淡红色探针分子固体,共计0.93g,收率80%。
产物的结构表征数据如下:1hnmr(500mhz,dmso-d6)(t=298k)δ:ppm12.17(s,2h,cooh),7.77(s,2h,-conhr),7.77(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.33(m,18h),2.50-3.20(m,10h),1.03(t,j=5.95hz,24h);1hnmr(500mhz,dmso-d6+d2o)(t=298k)δ:ppm7.76(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.27(m,18h),3.16(d,j=7.80hz,2h),2.96(m,4h),2.71(t,j=8.70hz,4h),1.03(t,j=5.95hz,24h);ms(esi)calcd.forc68h78n8o10[m+2h]2+:m/z=583.3,found:583.3。
实施例8:
将罗丹明b与乙二胺反应制备得到罗丹明b乙二胺中间体,称取罗丹明b乙二胺中间体(式1,968mg,2.0mmol),1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐(式2,196mg,1.0mmol)及干燥的n,n-二甲基甲酰胺(8ml)于双颈反应瓶中,油浴加热下100℃反应10小时。tlc监测反应,反应完毕后,冷却、向反应液中加入约50ml饱和食盐水,有大量固体析出。抽滤、干燥、固体用乙腈重结晶,得到淡红色探针分子固体,共计1.00g,收率86%。产物的结构表征数据如下:1hnmr(500mhz,dmso-d6)(t=298k)δ:ppm12.17(s,2h,cooh),7.77(s,2h,-conhr),7.77(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.33(m,18h),2.50-3.20(m,10h),1.03(t,j=5.95hz,24h);1hnmr(500mhz,dmso-d6+d2o)(t=298k)δ:ppm7.76(d,j=5.95hz,2h),7.46(s,4h),6.90(d,j=5.95hz,2h),6.30(m,12h),3.27(m,18h),3.16(d,j=7.80hz,2h),2.96(m,4h),2.71(t,j=8.70hz,4h),1.03(t,j=5.95hz,24h);ms(esi)calcd.forc68h78n8o10[m+2h]2+:m/z=583.3,found:583.3。
实施例9:
本实施例为实施例1~8制得的探针分子,对不同浓度tnp的荧光响应。
采用甲醇配制浓度为20μm的探针分子溶液,再分向探针溶液中加入tnp,使得tnp浓度分别为0μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm并且探针溶液体积变化可以忽略。以波长为500nm的激发光,测定加入tnp前后探针溶液的荧光光谱变化,结果如图3所示。
图3是20μm/l探针溶液对不同浓度tnp(0-190μm)的响应,横坐标为波长、纵坐标为探针溶液加入tnp溶液后(ph约为7.0)的相对荧光强度,从图中可以看出,随着tnp浓度的增加,该探针分子在580nm左右的荧光强度逐渐增强,tnp浓度为170μm时接近饱和。以不同浓度tnp对应的相对荧光强度作图,如图4所示。根据拟合曲线可知,tnp浓度在25-80μm及80-170μm范围内时与荧光强度成线性关系,r2=0.9860,检出限为1.69nm/ml。本实施例所得实验结果显示,该探针分子可以用于定量检测tnp,且有较高的灵敏度。
实施例10
本实施例为实施例1~8制得的探针分子,对不同浓度tnp的紫外可见吸收响应。
配制20μm的探针分子的甲醇溶液,再分向探针溶液中加入tnp,使得tnp浓度分别为0μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm,并且探针溶液体积变化可以忽略。测定加入tnp前后探针溶液的紫外可见吸收光谱变化,结果如图5所示。
图5是20μm/l探针溶液对不同浓度tnp(0-190μm)的吸收响应,横坐标为波长、纵坐标为探针溶液加入tnp溶液后(ph约为7.0)的相对紫外吸收强度,从图中可以看出,随着tnp浓度的增加,该探针分子在554nm处的吸收逐渐增强,tnp浓度为170μm时接近饱和。以不同浓度tnp对应的相对吸收强度作图得到图6,根据拟合曲线可知,tnp浓度在15-80μm及80-170μm范围内时与紫外吸收强度成线性关系,r2=0.9949,检出限为1.17nm/ml。本实施例所得实验结果显示,该探针分子可以采用紫外可见吸收光谱法定量检测tnp,且有较高的灵敏度。
实施例11
本实施例为实施例1~8制得的探针分子,对相同浓度的tnp结构类似物的荧光响应测试。
配制浓度为20μm的探针分子甲醇溶液,再分向探针溶液中加入对硝基苯酚、间硝基苯胺、2,4,6-三硝基苯酚(tnp)、对硝基苯肼、2,4-二硝基苯肼、苯肼、对硝基苯甲酸、5-氨基间苯二甲酸、3,3-二氨基联苯胺、联苯胺、对苯二胺,使得每种被测试物浓度均为100μm并且保持探针溶液体积变化可忽略。测定探针溶液加入不同结构类似物后的相对荧光强度,结果如图7所示。从图7中可以看出,仅有加入tnp的探针溶液,荧光显著增强。其它结构类似物与探针分子均无明显作用。本实施例所得实验结果显示,该探针分子可以特异性地识别并检测出tnp。
实施例12
本实施例为实施例1~8制得的探针分子,对tnp荧光测试响应时间。
配制浓度为20μm的探针分子甲醇溶液。室温下,向探针溶液中加入100μmtnp进行荧光测试,分别记录加入tnp后每隔5分钟的荧光强度,结果如图8所示,横坐标为加入tnp的时间,纵坐标为相对荧光强度。从图8可以看出:加入tnp后,1分钟内已经开始响应,到35分钟已经接近完全响应。本实施例所得实验结果表明,该探针分子可以快速地与tnp发生作用,给出荧光信号。
实施例13
本实施例为实施例1~8制得的探针分子,对tnp检测紫外吸收响应时间。
配制浓度为20μm的探针分子甲醇溶液。室温下,向探针溶液中加入100μmtnp进行荧光测试,分别记录加入tnp后每隔5分钟的紫外吸收强度,结果如图9所示,横坐标为加入tnp的时间,纵坐标为相对紫外吸收强度。从图9可以看出:加入tnp后,1分钟内已经开始响应,到35分钟已经接近完全响应。探针溶液颜色由无色透明逐渐变为红色,可进行可视化检测
本发明的优点是,一种比色和荧光双响应型tnp检测探针,填补了该类型tnp检测方法的空白,可根据探针溶液颜色的变化,可视化鉴别tnp;使用荧光光谱仪及紫外可见光谱仪可定量地测定tnp浓度,解决了现有tnp检测技术中存在的特异性识别能力低、检测操作复杂、检测灵敏度低等技术缺陷。