芳基香豆素探针，探针分子复合物及其在城市规划污水系统Hg2+检测中的应用

摘要

本发明公开了一种芳基香豆素探针，探针分子复合物及其在城市规划污水系统Hg2+检测中的应用。与现有技术相比，本发明芳基香豆素探针、探针分子复合物稳定性好，对Hg2+非常敏感，检测灵敏度高，具有很好的推广应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及城市规划环境评估下荧光检测领域，具体提供一种芳基香豆素探针，探针分子复合物及其在城市规划污水系统Hg

背景技术

在快速城市化背景下，城市污水中的重金属离子污染对环境和人类健康造成了巨大的伤害。据统计重金属污染已经成为致癌的重要因素之一。在众多重金属污染中，要数汞离子的污染最为严重、危害最大—。在城市环境中，汞以汞单质，汞离子以及有机汞三种形式存在，成为一种威胁市民健康的潜在因素，一旦发生过量摄入即会对我们感知系统、神经系统造成严重的损伤，甚至产生所谓“水俣病”，这种危险对于孕妇和未成年人尤甚。

目前对汞离子的检测和分析的方法有：原子吸收发射光谱、电感耦合等离子体质谱法、冷原子荧光光谱、气相色谱、电化学方法如阳极溶出伏安法、氧化还原电位法等等，但在工作一线能够作为快速低成本检测手段的首选为对汞离子具有选择性的小分子荧光探针。

香豆素化合物以具有较高光热及化学稳定性、高荧光量子产率等优点，成为离子识别和药物分析等领域最受关注的荧光探针分子之一。但是单一香豆素类的汞离子探针存在一些局限性如水溶性不好、荧光淬灭、离子选择性不佳等，而无法广泛使用。

发明内容

本发明是针对上述现有技术的不足，提供一种芳基香豆素探针，具有结构稳定、灵敏度高等特点，可用于城市污水Hg

本发明进一步的技术任务是提供一种芳基香豆素探针分子复合物。

本发明再进一步的技术任务是提供上述复合物的制备方法。

本发明更进一步的技术任务是提供上述基香豆素探针及复合物在城市规划污水系统Hg2+检测中的应用。

为了实现上述技术任务，本发明提供如下技术方案。

结构式(I)所示的芳基香豆素探针，

结构式(I)所示的芳基香豆素探针的制备方法包括：

将2,4-二羟基苯甲醛和1,2-二溴乙烷溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入碳酸钾，加热反应，再与1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(DBU)在乙腈中加热反应，之后与对羟基苯甲醛缩合，反应结束后经过后处理得到结构式(I)所示的芳基香豆素探针。反应方程式如下：

结构式(II)所示的芳基香豆素探针分子复合物，

结构式(II)所示的芳基香豆素探针分子复合物的制备方法，其特点是包括以下步骤：

S1.将壳聚糖加入乙酸、无水甲醇混合液溶解，形成壳聚糖分散液，然后加入结构式(I)所示芳基香豆素探针充分溶解，得到混合液；

S2.加热混合液至70～90℃(优选为75～85℃)，加入适量pH值调节剂调节pH至 9～12(优选为10～12)，得到芳基香豆素探针分子复合物，壳聚糖的接枝率为5～20％。

反应方程式如下：

作为优选，所述壳聚糖的分子量为4～10万，壳聚糖分散液中壳聚糖的浓度为 0.1～1.5g/L(特别优选为0.5～1g/L)。

作为优选，所述pH值调节剂为氢氧化四甲铵类非极性试剂，特别优选四水合四甲基氢氧化铵、五水合四甲基氢氧化铵和/或六水合四甲基氢氧化铵。

作为优选，壳聚糖、芳基香豆素探针、乙酸、无水甲醇的用量比为1g:(0.01-0.5g):(5-50ml):(300-3000ml)，特别优选为 1g:(0.05-0.2g):(10-30ml):(800-1500ml)。

本发明结构式(I)所示芳基香豆素探针和结构式(II)所示的芳基香豆素探针分子复合物均可在汞离子的作用下产生荧光分子，以实现选择性识别检测汞离子。

在纯水或PBS缓冲溶液中，上述探针或复合物在365nm处无荧光，而与汞离子作用后，在紫外灯照射下产生很强的蓝色荧光，对汞离子的检测限为0.01μmol/L，并且具有很强的选择性和灵敏度，可用于定性鉴别和荧光定量检测。

由于结构式(I)所示芳基香豆素探针和结构式(II)所示的芳基香豆素探针分子复合物的分子结构稳定、灵敏度高，因此可适应城市污水这一复杂环境，实现对城市污水中汞离子的精准检测。

作为优选，以结构式(I)所示芳基香豆素探针或结构式(II)所示的芳基香豆素探针分子复合物进行汞离子检测的方法是：

向探针分子复合物的水溶液中加入待测液，然后采用紫外光进行照射，观测探针溶液的荧光变化，并根据探针溶液的荧光变化来判断是否含有汞离子。

或者是：

向水溶性香豆素类荧光探针的水溶液中加入待测液，然后测定荧光发射光谱，得到加入待测液前后的荧光变化值，然后将荧光变化值与标准曲线进行对比，得到待测液中的汞离子含量。

与现有技术相比，本发明的芳基香豆素探针，探针分子复合物，制备方法及其在城市规划污水系统Hg

(一)结构式(I)所示芳基香豆素探针分子为新化合物，其分子骨架上属于广义黄酮类化合物，与一般香豆素探针分子性质有很大差异。因为取代芳基的原因，形成了大的共轭体系，不仅提高了荧光强度而且使得内酯环变的非常稳定，使得整体分子不受污水中酸、碱和腐蚀性化学物质的影响，有利于作为检测试剂的使用；

(二)使用壳聚糖作为载体，使得结构式(II)所示的芳基香豆素探针分子复合物水溶性增强，且壳聚糖在水中，对汞离子具有一定富集作用，可以提高灵敏度，在短时间内甚至可以避免探针分子在大体积水样中分散失活，进而扩展了使用范围；

(三)结构式(I)所示芳基香豆素探针和结构式(II)所示的芳基香豆素探针分子复合物使用方便，生产成本低廉，适合在任意地点与便携式紫外灯配合使用，适合进一步的检测试剂盒的产品开发。

附图说明

附图1是壳聚糖-芳基香豆素探针分子复合物对汞离子响应的荧光发射谱图；

附图2是不同pH值下壳聚糖-芳基香豆素探针分子复合物对汞离子响应的荧光发射谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

实施例1

结构式(I)所示的芳基香豆素探针的制备：

将0.1mol2,4-二羟基苯甲醛和0.12mol1,2-二溴乙烷溶于200mlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入60g碳酸钾，加热反应，倒入3倍体积冰水中，抽滤，干燥。再与 0.1mol 1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(DBU)在200ml乙腈中加热反应，旋干之后加入 0.1mol对羟基苯甲醛、50ml三乙胺、50ml乙酸酐加热至回流缩合，反应结束后倒入冰水中，抽滤得到结构式(I)所示的芳基香豆素探针。

实施例2

结构式(II)所示的芳基香豆素探针分子复合物的制备：

首先，称取100mg壳聚糖(分子量8万)，滴加2mL乙酸溶解，然后加入98mL无水甲醇继续溶解，形成壳聚糖的甲醇分散液(1.0g/L)。然后，加入10mg结构式(I) 所示的香豆素探针分子并充分溶解，将混合液升温至80℃，逐滴加入五水合四甲基氢氧化铵调节pH为12，保持磁力搅拌1h，得到接枝率为15.5％的壳聚糖-芳基香豆素探针分子复合物。

实施例3

绘制荧光-浓度标准曲线:

将壳聚糖-芳基香豆素探针分子复合物配置为成浓度为10mg/L的溶液，而后滴加醋酸汞的水溶液至终浓度为1、5、10、15、20μmol/L，待平衡后，测定荧光发探针分子复合物对汞离子响应的荧光发射谱图(见图1)。

实施例4

不同pH值的影响：

在pH＝4、5、6、7、8、9的PBS缓冲溶液中将壳聚糖-芳基香豆素探针分子复合物配置成浓度为10mg/L的溶液，而后滴加汞离子至10μmol/L，待平衡后，365nm紫外照射，测定荧光强度，结果见图2。结果表明在汞离子可溶解的pH范围内，该探针有效。

实施例5

本发明所产生荧光分子与经典香豆素荧光分子稳定性对比

配置指定pH值溶液(pH10使用硼酸-氢氧化钠缓冲液；pH11使用氨基乙酸-氢氧化钠；pH12使用磷酸氢二钠-氢氧化钠；pH13、14使用氢氧化钠)，将实施例1所得芳基香豆素探针与经典香豆素荧光分子分别配制为成浓度为10mg/L的溶液，50℃搅拌一小时，待平衡后，365nm紫外照射，观察荧光并记录：

由上述检测结果可以看出，本发明所述芳基香豆素探针分子明显对强碱更加稳定，内酯环不易开环。

实施例6

本发明所用芳基香豆素探针、芳基香豆素探针分子复合物与经典香豆素探针检测范围对比

将实施例1所得芳基香豆素探针、实施例2所述芳基香豆素探针复合物与经典香豆素探针配制成浓度为10mg/L的溶液，加入醋酸汞至终浓度为0.01、0.05、0.1、0.5、 1μmol/L，待平衡后，365nm紫外照射，观察荧光并记录：

由上述检测结果可以看出，发明所述芳基香豆素探针及复合物对Hg