的传感器分子及其合成和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种能够连续识别CNlP Cu 2+的传感器分子及其合成方法，属于化学 合成技术领域和离子检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 众所周知，氰根离子（CNO是一种剧毒物质，少量的CNI卩可使人急性中毒甚至致 死。然而，氰化物也是一种重要的化工原料，被广泛的应用于冶金、电镀等化学工艺过程中。 另外，有些植物也含有氰化物，工业生产中氰化物的使用不当或生活中饮食不当都有可能 造成氰化物中毒。世界卫生组织规定了在饮用水中氰根离子的浓度不得超过1.9 uM。因 此，Cf的检测在生命科学和环境监测等领域有着重要的应用。
[0003] 作为人体中含量第三的微量元素，铜离子在人体的许多生理过程中都扮演着重要 的角色。然而在人体中铜离子浓度过高时也会带来相应的问题。例如，当人体长时间暴露 在高浓度的铜离子中时就容易导致细胞中毒和肝肾受损。因此，Cu 2+的检测在生命科学和 环境监测等领域有着重要的应用。
[0004] 在离子检测领域，比色法或荧光法由于操作简便、仪器易得等原因而成为研宄的 热点。常见的Cf荧光传感器根据作用方式的可分为多种类型，比如氢键作用型传感器、脱 质子型传感器、亲核加成型传感器、配位作用型传感器以及基于其它机理传感器等。其中， 亲核加成型传感器能通过和Cf发生加成反应而具有识别选择性高的优点。但是大多数亲 核加成型传感器往往结构复杂而难与合成并且只能单一的识别氰根离子，不能进行连续识 另|J。而Cu 2+荧光传感器也存在同样的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种能够高选择性、高灵敏度连续识别CNlP Cu 2+的传感器 分子； 本发明的另一目的是提供一种上述连续识别CNlP Cu 2+传感器分子的合成方法； 本发明还有一个目的，就是提供该传感器分子连续识别CNlP Cu 2+的具体应用。
[0006] 一、连续识别CNlP Cu 2+的传感器分子 本发明的传感器分子的结构特点是含有供电子基团的喹啉环，以及能与氰根发生加成 反应的碳碳双键，其命名为2-(喹啉-2-甲烯基）丙二腈，记为ZY。其结构式如下： 二、传感器分子的合成
本发明连续识别传感器分子的合成，是以乙醇为溶剂，丙二腈和喹啉二甲醛为底物进 行回流反应；回流反应的温度为45~50°C，反应时间为I. 6~2h ;反应完成后冷却至室温，抽 滤，干燥后用乙醇重结晶，得到紫黑色针状固体即得。其合成式如下：
反应底物丙二腈和喹啉二甲醛的摩尔比为1。
[0007] 合成产物经红外图谱、核磁图谱、紫外光谱、氢谱等手段得到验证。
[0008] 三、传感器分子的识别实验 1、对阴离子识别性能 分别移取0. 5 mL传感器分子ZY的DMSO溶液（2 X 10_4 mol · Γ1)于一系列10 mL比 色管中，然后再分别加入 F_，Cl-，Br_，Γ，Ac0_，H2PO4-, HSO4-, CUV，CN_、SCN-的水溶液（0· 01 mol · OO. 5 mL，用蒸馏水稀释至5mL。此时受体浓度为2X 10_5mol · ΙΛ阴离子浓度为受 体浓度的50倍。观察传感器分子对各阴离子的响应。
[0009] 结果发现，在荧光光谱中，只有CN_的加入使得ZY的DMSO溶液在464 nm处出现 最大荧光发射峰（λ ex=358nm);在紫外灯下，只有CN_的加入使得ZY的DMSO溶液发出蓝绿 色荧光，而其它阴离子的加入，ZY的DMSO溶液颜色及荧光光谱没有任何明显的变化（图1)， 说明该传感器分子对Cf表现出很强的专一选择性，因此可高选择性、高灵敏度的荧光识别 CN'
[0010] 2、抗干扰性能检测 为了测定ZY对Cf的检测效果，我们又进行了如下抗干扰测试：取两组IOmL比色管分 别加入0. 5mL ZY的水溶液，再分别加入0. 5mL各种阴离子的水溶液（0.0 lmol · Γ 〇，然后 用蒸馏水稀释至5mL刻度；另外一组中分别加入0.5mL Cf，在每一个比色管中分别加入 0. 5mL其它九种阴离子，然后用蒸馏水稀释至5mL刻度，混合均匀后进行观察。
[0011] 上述溶液静置后于25°C测其荧光发射光谱。结果发现，加入九种阴离子后ZY在 464nm处的荧光打开，这与CN+对受体的影响是一致的。由此可见，ZY对CN _的检测不受其 它阴离子的影响（图2) 3、受体的滴定 移取2. OmL ZY的水溶液（2. 0 X 10_5mol/L)于石英池中，用累积加样法逐渐加入CN_的 水的溶液。于25°C测其荧光发射光谱（图3)。滴定实验说明ZY的荧光强度受到氰根浓度 的影响，伴随着氰根浓度的增加而增强。由此说明，化合物ZY在纯水体系中能单一选择性 荧光识别氰根离子，而且对Cf的检测灵敏度很高。
[0012] 4、对CPf最低检测限的测定 根据荧光滴定实验，得到了荧光强度与氰根浓度的线性关系，继而得到线性方程。再 利用线性方程的系数和最低检测线的公式计算最低检测线。该受体对Cf的检测灵敏度很 高，达到了 5. 09X10-8mol/L (0.05 μΜ)，远低于世界卫生组织（WHO)规定的正常饮用水中 〇，的含量标准（〈1.9以皿)。
[0013] 5、对阳离子识别性能 分别移取〇. 5 mL受体ZY的水溶液（2X 10_4 mol · Γ1)于一系列10 mL比色管中，分 别加入 〇· 5 mL CN_ 形成络合物 ZY-CN-，然后再分别加入 Fe3+，Hg2+，Ag+，Ca2+，Cu2+，Co 2+，Ni2+， Cd2+，Pb2+，Zn2+，Cr3+，Mg 2+的水溶液（(λ 004 mol ·厂〇0· 5 mL。用蒸馏水稀释至5mL，此时受 体浓度为2 X 10_5mol ·ΙΛ阳离子浓度为受体浓度的20倍，观察受体ZY对各阳离子的响应。
[0014] 发现，在紫外灯下，只有Cu2+的加入使得络合物ZY-CN ?容液的蓝绿色荧光完全猝 灭。在相应的荧光光谱上，只有Cu2+使得发射波长在464nm处的荧光消失，而其它阳离子对 ZY-CNl容液的荧光几乎没有影响。说明ZY-CT在DMSO中能够高选择性单一检测Cu2+。
[0015] 6、对铜离子的滴定 移取2. OmLZY-CT的水溶液（2. OX 10_5mol/L)于石英池中，用累积加样法逐渐加入Cu2+ 的水溶液，于25°C测其荧光发射光谱（图6)。滴定实验说明ZY-CNl勺荧光强度受到铜离子 浓度的影响，伴随着铜离子浓度的增加而减弱。说明，化合物ZY-Cf在水溶液体系中仍然能 单一选择性荧光识别铜离子，而且对铜离子的检测灵敏度很高，因此，ZY-Cf在铜离子检测 方面有潜在的应用价值。
[0016] 7、对Cu2+最低检测限的测定 根据荧光滴定实验，得到了荧光强度与铜离子浓度的线性关系，继而得到线性方程。再 利用线性方程的系数和最低检测线的公式计算最低检测线。该受体对铜离子的检测灵敏度 很高，达到了 1.23X10_ 8mol/L。
[0017] 四、CNlP Cu 2+离子试纸的制作 将处理过的滤纸在传感器分子ZY水溶液（2X 10_4 mol · Γ 3中浸润10分钟左右，使 传感器分子ZY充分负载于滤纸上，取出晾干。该滤纸荧光灯照射下没有荧光。
[0018] 将上述滤纸分别浸润于 F_，Cl-，&_，Γ，Ac0_，H2PO4-, HSO4-, CKV，CN_、SCN-的水溶 液中，发现只有浸润在Cf水溶液中的滤纸在荧光灯照射下发出了蓝绿色的荧光，而浸润在 其它阴离子水溶液中的滤纸在荧光灯照射下的荧光没有发生变化。
[0019] 将在CNjK溶液中浸润的滤纸晾干后继续浸入含有Cu 2+的溶液，在荧光灯照射下 滤纸的蓝绿色的荧光又消失了。这种鲜明的颜色对比也说明了该受体对Cf和Cu 2+离子有 着高度的荧光识别能力。
[0020] 五、传感器分子对Cf和Cu 2+的识别机理 针对传感器分子ZY对CNlP Cu 2+识别机理的探宄，我们通过核磁滴定、高分辨质谱等 表征手段进行了验证。核磁滴定谱图表明：8. 75ppm处Ha的信号峰随C^T离子的加入随即 消失，与此同时在S =5. 61处出现了一个新的信号峰Hb，这就说明氰根的亲核加成发生在探 针ZY芳环上缺电子的部位。高分辨质谱对主体与离子的配合物数据表明：231. 0488处的 出峰和一分子受体与Cf离子发生亲核加成后的分子量一致。另外，向发生亲核加成的溶 液中加入铜离子后得到的高分辨质谱数据表明：526. 1227是两分子氰根加成产物ZY-CN-与一分子铜离子络合后得到的峰。因此，受体ZY对CNlP Cu 2+的识别机理探讨如下：当加 入CNH CN^t探针ZY的"C=C"发生亲核加成，形成一