一種檢測零價鈀的近紅外螢光探針及其製備方法與流程
2023-06-09 10:22:31
本發明屬於重金屬檢測技術領域，具體涉及一種檢測零價鈀的近紅外螢光探針及其製備方法。
背景技術：
鈀是第五周期VIII族鉑系元素的成員，是銀白色過渡金屬，具有良好的延展性和可塑性，廣泛應用於航天、航空等高科技領域以及汽車製造業，同時也是國際貴金屬投資市場上的重要投資品種。然而，鈀的廣泛應用，造成的鈀殘留給環境帶來了鈀汙染。鈀是一種親硫元素，環境中殘留的鈀有可能通過食物鏈的富集進入身體，與體內含有硫元素的胺基酸、蛋白質或其他生物大分子結合，進而危害人體健康，譬如偏頭疼、面部麻痺等。當前世界上已有許多國家在食品藥品方面嚴格控制重金屬鈀的含量，比如：每人每天飲食攝入的鈀不得超過1.5-15μg，供口服原料藥中鈀含量不得超過10ppm，供注射用的原藥中鈀含量不得超過1ppm。因此，研究兼具高靈敏度和高選擇性的鈀檢測方法具有非常重要的實際意義。
傳統的鈀檢測方法包括原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質譜法等，但這些方法具有明顯的缺點，如費用昂貴、設備要求高、操作人員技術要求高等。相比之下，螢光探針具備花費少、簡便、靈敏度高、原位檢測等優點，可以實現快速高效檢測重金屬鈀，逐漸成為環境檢測、化工、生物等領域不可缺少的研究方法。因而，研究並發展新型螢光探針在鈀檢測方面具有較強的實際應用價值。
技術實現要素：
為了解決以上現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在於提供一種檢測零價鈀的近紅外螢光探針。
本發明的另一目的在於提供上述近紅外螢光探針的製備方法。
本發明的再一目的在於提供上述近紅外螢光探針在零價鈀含量檢測中的應用。
本發明目的通過以下技術方案實現：
一種檢測零價鈀的近紅外螢光探針，所述近紅外螢光探針的化學結構如式(I)所示：
上述檢測零價鈀的近紅外螢光探針的製備方法，包括以下製備步驟：將亞甲基藍、水、有機溶劑、碳酸氫鈉和連二亞硫酸鈉混合均勻後，40-60℃反應2-4h，冷至室溫，分液，保留有機溶劑層；然後在冰浴條件下，加入碳酸鉀，滴加氯甲酸烯丙酯，室溫反應後萃取，濃縮有機相，經柱層析純化，即可得到所述檢測零價鈀的近紅外螢光探針。其合成路線圖如圖1所示。
所述的有機溶劑包括甲苯、苯等，優選甲苯。
優選地，所述的亞甲基藍、連二亞硫酸鈉和氯甲酸烯丙酯的摩爾比為1:(2～4):(1.2～3)。
優選地，所述的萃取是指用體積比為1:1的水和二氯甲烷的混合溶劑進行萃取。
上述近紅外螢光探針作為比色探針或螢光探針用於零價鈀的含量檢測。
本發明的製備方法及所得到的產物具有如下優點及有益效果：
(1)本發明近紅外螢光探針的合成只需要一步，並且後處理過程簡單，易於操作，產物易得；
(2)本發明近紅外螢光探針用於零價鈀的含量檢測可以通過裸眼觀察顏色的變化，實現快速直接的判定結果；
(3)本發明的近紅外螢光探針實現了紫外響應，裸眼監測，快速檢測金屬鈀，特異性高，基於其特異性和顯著的顏色和螢光變化，該探針可作為快速檢測金屬鈀的指示劑；
(4)本發明的近紅外螢光探針的激發和發射波長都達到了近紅外區域，有利於生物體系的檢測。
附圖說明
圖1是本發明有機小分子探針(I)的合成路線圖；
圖2是本發明實施例所得有機小分子探針(I)的1H-NMR譜圖；
圖3是本發明實施例所得有機小分子探針(I)的13C-NMR譜圖；
圖4是實施例1所得探針(I)的紫外吸收強度隨零價鈀濃度的變化曲線圖；
圖5是實施例1所得探針(I)的螢光發射強度隨零價鈀濃度的變化曲線圖；
圖6是實施例1所得探針(I)對不同金屬離子的選擇性柱狀圖；
圖7是實施例1所得探針(I)的溶液在零價鈀加入前後的溶液顏色對比圖；
圖8是實施例1所得探針(I)的溶液在零價鈀加入前後的溶液螢光對比圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。
對於未特別註明的參數，可參照常規技術進行。核磁譜採用瑞士Bruker公司Avance III 400MHz核磁共振儀測定，氘代氯仿做溶劑。螢光光譜採用日本日立公司FL-4500螢光光譜儀測定。紫外光譜採用日本島津公司UV-2450測定。實施例1
本實施例的一種有機小分子探針(I)的合成，具體合成步驟如下：
將亞甲基藍(748mg，2.0mmol)，碳酸氫鈉(600mg，7.1mmol)和連二亞硫酸鈉(696mg，4.0mmol)加入到50ml苯和15ml水中，40度反應4小時。冷至室溫，分液，保留苯層。冰浴下，往苯溶液中，加入碳酸鉀(600mg，7.1mmol)，然後將288μL氯甲酸烯丙酯(2.4mmol)緩慢滴加到上述溶液中。滴加完畢，室溫反應過夜。反應完成後，減壓濃縮，加入水(100ml)和二氯甲烷(100ml)萃取，有機相再用水洗3次。收集有機相，加入無水硫酸鎂乾燥，濃縮，經柱層析即可得有機小分子探針(I)129mg，產率17.5％。所得產物的核磁氫譜圖和碳譜圖分別如圖2和圖3所示。產物鑑定數據如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.40(d,J＝8.8Hz,2H),6.69(d,J＝2.8Hz,2H),6.66(d,J＝2.8Hz,1H),6.64(d,J＝2.8Hz,1H),6.04–5.90(m,1H),5.34-5.27(m,1H),5.25-5.19(m,1H),4.71(d,J＝4.3Hz,2H),2.95(s,12H)；
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ154.31,148.82,132.81,132.56,128.34,126.98,117.43,111.10,110.39,66.64,40.71。
實施例2
本實施例的一種有機小分子探針(I)的合成，具體合成步驟如下：
將亞甲基藍(748mg，2.0mmol)，碳酸氫鈉(600mg，7.1mmol)和連二亞硫酸鈉(1.00g，5.7mmol)加入到50ml甲苯和15ml水中，50度反應3小時。冷至室溫，分液，保留甲苯層。冰浴下，往甲苯溶液中，加入碳酸鉀(600mg，7.1mmol)，然後將480μL氯甲酸烯丙酯(4.0mmol)緩慢滴加到上述溶液中。滴加完畢，室溫反應過夜。反應完成後，減壓濃縮。加入水(100ml)和二氯甲烷(100ml)萃取，有機相再用水洗3次。收集有機相，加入無水硫酸鎂乾燥，濃縮，經柱層析即可得有機小分子探針(I)147mg，產率19.9％。產物鑑定數據同實施例1。
實施例3
本實施例的一種有機小分子探針(I)的合成，具體合成步驟如下：
將亞甲基藍(748mg，2.0mmol)，碳酸氫鈉(600mg，7.1mmol)和連二亞硫酸鈉(1.39g，8.0mmol)加入到50ml甲苯和15ml水中，60度反應2小時。冷至室溫，分液，保留甲苯層。冰浴下，往甲苯溶液中，加入碳酸鉀(600mg，7.1mmol)，然後將720μL氯甲酸烯丙酯(6.0mmol)緩慢滴加到上述溶液中。滴加完畢，室溫反應過夜。反應完成後，減壓濃縮。加入水(100ml)和二氯甲烷(100ml)萃取，有機相再用水洗3次。收集有機相，加入無水硫酸鎂乾燥，濃縮，經柱層析即可得有機小分子探針(I)169mg，產率22.9％。產物鑑定數據同實施例1。
性能測試：
(1)探針(I)的紫外吸收強度隨零價鈀濃度的變化：
取Pd(PPh3)4和實施例1製備的有機小分子探針(I)各自溶於二甲基亞碸中，分別配製成2mM和10mM儲備液。取探針(I)儲備液用二甲基亞碸稀釋，配製成10μM的探針(I)溶液(待測液)。採用紫外分光光度計測定探針(I)溶液與Pd(PPh3)4在室溫下孵育30分鐘後的紫外吸收光譜。測試結果如圖4所示。隨著Pd(PPh3)4的濃度增加，657nm處的吸光度逐漸增加。
(2)探針(I)的螢光發射強度隨零價鈀濃度的變化：
取Pd(PPh3)4和實施例1製備的有機小分子探針(I)各自溶於二甲基亞碸中，各配製成2mM儲備液和10mM儲備液。取探針(I)儲備液用二甲基亞碸稀釋，配製成10μM的探針(I)溶液(待測液)。採用螢光分光光度計測定在不同濃度的Pd(PPh3)4下的螢光光譜，探針(I)與Pd(PPh3)4在室溫下孵育30分鐘後進行測試。測試結果如圖5所示。探針(I)在650nm激發下，螢光發射非常微弱，滴加Pd(PPh3)4後，681nm處出現一個新的發射峰，並隨著Pd(PPh3)4濃度的增加，681nm處螢光強度逐漸增強。
(3)探針(I)對不同離子的選擇性：
同(1)與(2)中待測液相同的配製方法分別配置紫外和螢光待測液，採用紫外和螢光分光光度計測定探針(I)與不同離子孵育下的紫外螢光變化，探針(I)與Pd(PPh3)4在室溫下孵育30分鐘後進行測試。其中Pd(PPh3)4的最終濃度為30μM(3倍當量)，其他金屬離子的最終濃度為100μM(10倍當量)。紫外和螢光光譜的測試方法分別同(1)和(2)。測試結果如圖6所示。由圖6A可看出，探針(I)與Pd(PPh3)4孵育後，657nm處的吸收強度明顯增加，而與其他金屬離子孵育後，657nm處的吸收強度沒有明顯變化；由圖6B可看出，探針(I)與Pd(PPh3)4孵育後，681nm處的螢光發射強度明顯增加，而與其他金屬離子孵育後，螢光強度沒有明顯變化，說明探針(I)對零價鈀具有很好的選擇性響應。
(4)探針(I)對零價鈀的可視化檢測：
同(1)中待測液相同的配製方法配置兩份探針(I)溶液，進行可視化檢測，往其中一份加入3當量的Pd(PPh3)4，室溫孵育30min，進行肉眼觀察，結果如圖7所示。由圖7可以看出，加入Pd(PPh3)4後，體系的顏色發生了非常顯著的改變，由透明白色(圖7左)變為淡藍色(圖7右)。通過凝膠成像系拍照的結果表明，探針體系沒有螢光發射(圖8左)，加入Pd(PPh3)4後，體系有強烈的紅色螢光發射(圖8右)。以上結果表明，探針(I)具有紫外響應，可以通過裸眼觀測顏色和螢光變化來快速檢測零價鈀。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其它的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。