一种铅离子荧光探针及其制备和应用方法

1.本发明涉及荧光探针领域，具体而言，涉及一种铅离子荧光探针及其制备和应用方法。


背景技术：

2.由于铅离子(pb
2+
)具有很强的毒性，且不可降解，易通过地下水或食物链而在人体内聚集，极少量的铅离子进入人体后就会对人体的神经系统、泌尿系统及免疫系统等造成损害。传统上铅离子的检测方法很多，包括一些大型仪器检测方法如原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法，这些大型仪器检测方法虽然检测十分精准，但也存在仪器昂贵、技术复杂、分析耗时等缺点。还包括一些快速检测方法，如免疫法、电化学阳极溶出伏安法等由于在检测灵敏度、特异性等方面存在不足而没有得到较好的发展。
3.化学传感器由于具有对金属离子的检测灵敏度高、选择性强、简单快捷，且不需要复杂昂贵仪器的优点，而被广泛应用于各种金属离子的检测。理想的化学传感器应具有以下两点基本特征:首先，识别基团必须能与待检测的目标离子具有很好的选择性识别作用；其次，在良好选择性识别的基础上，检测过程应该不易受ph值和温度等环境因素的干扰。因此，识别基团的选择性识别对传感器的识别基团是荧光传感器的作用核心，在高选择性识别过程中起着至关重要的作用。但是，目前已报道的金属离子化学传感器，在实际应用中出现诸多不足，如检测时对其它金属离子也会敏感、且大部分在水中溶解度不理想，需使用有机溶剂、适用p h范围较窄、反应迟缓、在水介质中荧光响应低和配体出现不适等问题，限制了其在生物学和环境领域的实际应用。因此致力于设计合成高选择性和高灵敏度的金属离子化学传感器对于水样环境中金属离子的检测至关重要。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是，如何获得适于对水样环境中铅离子进行检测并具备高选择性、高灵敏度的铅离子荧光探针。
5.本发明提供一种铅离子荧光探针，所述铅离子荧光探针的结构如式(i)所示：
[0006][0007]
与现有技术相比，本发明提供的铅离子荧光探针，采用荧光共振能量转移策略，利用吡啶基团作为能量给体，被3个2-噻吩甲酰三氟丙酮(tta)保护的eu
3+
作为能量受体，加入pb
2+
之前，给体与受体之间的能量传递被富电子的咪唑环阻止，当pb
2+
加入之后能量共振窗口打开，吡啶基团与eu
3+
之间可以进行有效的电子传递，从而实现对pb
2+
金属离子的有效检
验。在检测pb
+
时，铅离子荧光探针具备高选择性、高灵敏度，且在环境水样中也实现对pb
2+
的有效检测。
[0008]
本发明还提供了所述铅离子荧光探针的制备方法，包括以下步骤：
[0009]
s1、将2-噻吩甲酰三氟丙酮溶于乙醇中，加入naoh和氯化铕，再加入蒸馏水，得到混合液一；将所述混合液一升温至60℃反应半小时后冷却，再过滤干燥得到粉末状固体产物(tta)3eu；
[0010]
s2、将1,10-邻菲罗啉二酮与醋酸铵、吡啶-2-甲醛和冰醋酸混合，得到混合液二；将所述混合液二搅拌回流2h后冷却至室温，得到反应液一；所述反应液一再用蒸馏水稀释后滴入浓氨水，所述反应液一中析出大量黄色沉淀；将所述沉淀用水洗涤数次得到粗产物，再将所述粗产物在乙醇中重结晶数次，得到2-(2-吡啶基)-1h-咪唑[4，5-f][1，10]邻菲啰啉(pph)；
[0011]
s3、将步骤s1中得到的所述(tta)3eu和步骤s2中得到的所述pph混合于乙醇中，回流搅拌5h后冷却至室温，得到反应液二；将所述反应液二移至试管内，并将所述试管放置于一个含有无水乙醚的广口瓶中，静置一周后得到铅离子荧光探针。
[0012]
上述铅离子荧光探针的制备的反应式如下：
[0013][0014]
所述铅离子荧光探针制备方法，通过2-噻吩甲酰三氟丙酮、2-(2-吡啶基)-1h-咪唑[4，5-f][1，10]邻菲啰啉(pph)和氯化铕进行醇热反应合成得到铅离子荧光探针，合成方法简单、操作简便，不需要苛刻条件。
[0015]
优选地，步骤s1中所述2-噻吩甲酰三氟丙酮和所述氯化铕的摩尔比为3:1。通过控制2-噻吩甲酰三氟丙酮和所述氯化铕的摩尔比为3:1有利于合成(tta)3eu。
[0016]
优选地，步骤s2中所述1,10-邻菲罗啉二酮与所述醋酸铵、所述吡啶-2-甲醛和所述冰醋酸的摩尔比为1:40:2:30。通过控制1,10-邻菲罗啉二酮、醋酸铵、吡啶-2-甲醛和冰醋酸的摩尔比有利于合成pph。
[0017]
优选地，步骤s3中所述(tta)3eu和所述pph的摩尔比为1:1。通过控制(tta)3eu和pph的摩尔比有利于合成铅离子荧光探针。
[0018]
本发明还提供了所述铅离子荧光探针在pb
2+
离子检测中的应用。
[0019]
所述铅离子荧光探针在pb
2+
离子检测中的应用，其应用方法为：
[0020]
步骤一、配置不同浓度的pb
2+
离子水溶液，将所述荧光探针化合物加入水溶液中，得到荧光探针反应液；将所述荧光探针反应液加入荧光比色皿中，再向所述荧光比色皿中加入相同体积、不同浓度的pb
2+
离子水溶液，进行荧光强度检测，得到pb
2+
浓度与荧光强度关系曲线；
[0021]
步骤二、取待测环境水样，滤去不溶物；取与步骤一中相同体积的所述荧光探针反应液，加入与步骤一相同体积的所述待测环境水样，进行荧光强度检测，根据检测得到的样品荧光强度，对比步骤一中得到的pb
2+
离子浓度与荧光关系强度曲线，即可得到待测样品中pb
2+
浓度。
[0022]
所述铅离子荧光探针应用在pb
2+
离子检测中具备方便快捷、灵敏度高、特异性强等优点，克服了常规检测方法灵敏度差、干扰性大、前处理复杂和仪器昂贵等缺点，是一种简单实用的pb
2+
离子定性、定量分析技术。
[0023]
本发明公开的铅离子荧光探针配位化合物具有如下有益效果:本发明提供的铅离子荧光探针具备性能稳定、制备工艺简单、荧光效率高且持续时间长等优点。该荧光探针对铅离子具有高选择性、高灵敏性，并可在环境水样中实现对pb
2+
离子的识别与检测，而且其他金属离子或微量元素对该检测结果没有明显影响，在pb
2+
离子检测方面具备良好的应用前景。
附图说明
[0024]
图1为铅离子荧光探针检测机理示意图；
[0025]
图2为实施例3中不同金属离子的荧光强度图；
[0026]
图3为实施例3中激发波长350nm条件下，不同浓度硝酸铅2*10-7
mmol/l、4*10-7
mmol/l、6*10-7
mmol/l、8*10-7
mmol/l、1*10-6
mmol/l溶液的荧光光谱图；
[0027]
图4为实施例3中硝酸铅浓度与i
617
nm/i
417
nm荧光强度线性关系。
具体实施方式
[0028]
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]
本发明公开了一种铅离子荧光探针，其结构如式(i)所示：
[0030][0031]
与现有技术相比，本发明提供的铅离子荧光探针，其检测机理如图1所示，采用荧光共振能量转移策略，利用吡啶基团作为能量给体，被3个2-噻吩甲酰三氟丙酮(tta)保护的eu
3+
作为能量受体，加入pb
2+
之前，给体与受体之间的能量传递被富电子的咪唑环阻止，
当pb
2+
加入之后能量共振窗口打开，吡啶基团与eu
3+
之间可以进行有效的电子传递，从而实现对pb
2+
金属离子的有效检验。在检测pb
+
时，铅离子荧光探针具备高选择性、高灵敏度，且在环境水样中也实现对pb
2+
的有效检测，而不受其它金属离子或微量元素的影响。
[0032]
实施例1
[0033]
步骤1将1.33g(6mmol)tta溶于20ml乙醇中，加入6mlnaoh(1mol/l)和2mmol氯化铕，再加入200ml蒸馏水，升温至60℃，反应半小时后冷却，过滤干燥，得到淡黄色粉末状固体产物(tta)3eu；
[0034]
步骤2将1mmol1-10邻菲罗啉二酮，40mmol醋酸铵、2mmol甲醛2吡啶及30mol冰醋酸混合，回流2h后冷却至室温，稀释后逐滴滴入浓氨水，析出大量黄色沉淀。用水洗涤数次后在乙醇中重结晶数次，得到淡黄色粉末固体pph；
[0035]
步骤3将0.1mmolpph和0.1mmol(tta)3eu混合于20ml乙醇中，回流搅拌5h后冷却至室温，将反应液移至试管内并放置一个含有约100ml无水乙醚的广口瓶中，静置一周后得到黄色粉末状固体。收集并干燥得到荧光探针(tta)3eupph。
[0036]
实施例2
[0037]
将实施例1制得的铅离子荧光探针应用于pb
2+
检测中，应用方法为：
[0038]
步骤一、配置不同浓度的pb
2+
离子水溶液，将荧光探针化合物加入水溶液中，得到荧光探针反应液；将荧光探针反应液加入荧光比色皿中，再向荧光比色皿中加入相同体积、不同浓度的pb
2+
离子水溶液，采用350nm激发波长进行荧光强度检测，得到pb
2+
浓度与荧光强度关系曲线；
[0039]
步骤二、取待测环境水样，滤去不溶物；取与步骤一中相同体积的荧光探针反应液，加入与步骤一相同体积的待测环境水样，采用350nm激发波长进行荧光强度检测，根据检测得到的样品荧光强度，对比步骤一中得到的pb
2+
离子浓度与荧光关系强度曲线，即可得到待测样品中pb
2+
浓度。
[0040]
实施例3
[0041]
采用实施例2的方法对pb
2+
进行检测时，在步骤二的待测环境水样溶液中同时加入碱金属、碱土金属、第一过渡元素和重金属，金属离子的浓度为1*10-5
mmol/l时，测得的各金属离子的荧光强度如图2所示。由图2可知，在同时加入pb
2+
与其它金属离子，发现其他金属离子并不能干扰探针对pb
2+
的选择性。
[0042]
且经过放置实验证明，该探针在放置12h、24h、48h后其荧光强度并未有所影响。
[0043]
采用实施例2的方法对pb
2+
进行检测时，采用350nm的激发波长下，不同浓度的pb
2+
离子的荧光光谱如图3所示。由图3可知，荧光光谱在417nm和617纳米处分别有两个强峰，说明铅离子荧光探针在350nm激发波长下的发射波长为417nm和617nm。
[0044]
图4为硝酸铅浓度与i
617
nm/i
417
nm荧光强度线性关系，可以看出随着pb
2+
的加入过程中，417nm和617nm两处荧光强度在不断地变化，两者在浓度在2*10-7
mmol/l～8*10-7
mmol/l存在线性关系。其r2＝0.99927线性关系良好。这样一种现象可以得出在该条件下，该铅离子荧光探针可作为化学计量器实现对pb
2+
的定量检测。
[0045]
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。