熒光探針及其合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水溶性聚合物Hg2+熒光探針及其合成方法，基于羅丹明6G和 PNIPAM而獲得，以水相檢測(cè)的方式檢測(cè)待測(cè)水體中的Hg2+，在完成檢測(cè)后能夠被從待測(cè)水 體中分離出來(lái)，屬于熒光比色化學(xué)傳感器微量分析技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景
[0002] 無(wú)論是汞元素還是汞離子，進(jìn)入環(huán)境后都能夠由細(xì)菌通過(guò)生物甲基化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為 甲基汞。而甲基汞能夠通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，嚴(yán)重?fù)p害人體健康，甚至危及生命。監(jiān)測(cè)水體 是否發(fā)生汞污染的技術(shù)有多種，其中一種是熒光比色化學(xué)傳感器檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)能夠在 線(xiàn)檢測(cè)待測(cè)體系，根據(jù)由熒光比色化學(xué)傳感器獲得的熒光信號(hào)獲得檢測(cè)結(jié)果，選擇性好，并 且靈敏度高，因而檢出限低。作為熒光探針的傳感物質(zhì)為有機(jī)小分子化合物，包括羅丹明衍 生物、熒光素類(lèi)衍生物、冠醚、杯芳烴、撲啉、多肽等，例如采用羅丹明硫酰肼，由紫外光激發(fā) 獲得熒光信號(hào)，熒光響應(yīng)速度快，使得檢測(cè)能夠在線(xiàn)進(jìn)行，實(shí)時(shí)完成。并且，在完成檢測(cè)后， 通過(guò)逆向反應(yīng)恢復(fù)熒光探針的原來(lái)狀態(tài)，再由色譜法等方法使之與待測(cè)體系分離，從而得 以循環(huán)使用。
[0003] 然而，所述基于有機(jī)小分子的熒光比色化學(xué)傳感器檢測(cè)技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：
[0004] 1、不能實(shí)現(xiàn)真正意義的水相檢測(cè)。因?yàn)椋@些有機(jī)小分子化合物在水中的溶解性 較差，需要在檢測(cè)過(guò)程中加入大量能夠與水互溶的有機(jī)溶劑，如乙醇、乙氰等，不僅增加額 外材料消耗，也因此降低了檢測(cè)靈敏度。
[0005] 2、不易將熒光探針與待測(cè)體系分離。因?yàn)?，雖然可以采用色譜法等方法實(shí)現(xiàn)分離， 但是，需要借助特殊儀器并采取復(fù)雜措施，分離成本也大幅增加。
[0006] 在現(xiàn)有技術(shù)中，也有將羅丹明與水溶性聚合物結(jié)合獲得一種羅丹明衍生物的方 案，其制備方法步驟繁瑣，制備難度較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于通過(guò)羅丹明與水溶性聚合物結(jié)合，能夠很容易地獲得一種熒光 比色化學(xué)傳感物質(zhì)，采用該物質(zhì)能夠直接以水相檢測(cè)的方式檢測(cè)待測(cè)體系中的Hg 2+，不僅具 有高選擇性、低檢出限，而且能夠在完成檢測(cè)后很容易地與待測(cè)體系分離。為此，我們發(fā)明 了一種水溶性聚合物Hg 2+熒光探針及其合成方法。
[0008] 本發(fā)明之水溶性聚合物Hg2+熒光探針是一種羅丹明衍生聚合物，其特征在于，其 構(gòu)成部分包括羅丹明6G骨架、陰離子鍵合結(jié)構(gòu)單元及聚N-異丙基丙烯酰胺（PNIPAM)，所述 羅丹明衍生物其結(jié)構(gòu)式如下：
[0009]
[0010] 其中，η為大于零的整數(shù)，分子量為2300~12100。
[0011] 本發(fā)明之水溶性聚合物Hg2+熒光探針合成方法其特征在于，首先，以羅丹明6G 為原料，與水合肼反應(yīng)制得含有氨基的羅丹明6G內(nèi)酯環(huán)；然后，將所述含有氨基的羅丹明 6G內(nèi)酯環(huán)與α -溴代異丁酰溴反應(yīng)，制得遠(yuǎn)端含有羅丹明6G內(nèi)酯環(huán)的引發(fā)劑；最后，采用 ATRP (原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法），由所述引發(fā)劑引發(fā)N-異丙基丙烯酰胺單體聚合，所述引發(fā) 劑與所述單體的摩爾比為1:20~80,制備出分子量為2300~12100的水溶性聚合物Hg 2+ 熒光探針。
[0012] 相比于現(xiàn)有技術(shù)，采用本發(fā)明之方法能夠很容易地制備出最終產(chǎn)物水溶性聚合物 Hg2+熒光探針，如前所述，由遠(yuǎn)端含有羅丹明6G內(nèi)酯環(huán)的引發(fā)劑通過(guò)成熟的ATRP方法引發(fā) N-異丙基丙烯酰胺單體聚合即完成制備。
[0013] 熒光探針?lè)肿恿繉?duì)熒光比色化學(xué)傳感器檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)效果有直接和明顯的影 響，當(dāng)分子量過(guò)低時(shí)，熒光探針的溶解度降低，其中的聚N-異丙基丙烯酰胺的溫敏性不能 表現(xiàn)出來(lái)；當(dāng)分子量過(guò)高時(shí)，由于圍繞在含有氨基的羅丹明6G內(nèi)酯環(huán)本體附近的N-異丙基 丙烯酰胺的鏈過(guò)長(zhǎng)，會(huì)降低檢測(cè)靈敏度，從而抬高檢出限。鑒于此，本發(fā)明將本發(fā)明之水溶 性聚合物Hg 2+熒光探針的分子量控制在2300~12100范圍內(nèi)。
[0014] 聚N-異丙基丙烯酰胺具有典型的溫敏性，由于該物質(zhì)的引入，使得本發(fā)明之水溶 性聚合物Hg 2+熒光探針獲得良好的溫敏性。這一特點(diǎn)使得本發(fā)明獲得兩方面的技術(shù)效果。 一是水相檢測(cè)，二是熒光探針的回收。具體說(shuō)來(lái)，在最低臨界溶解溫度（LSCT)以下時(shí)，所述 水溶性聚合物Hg 2+熒光探針表現(xiàn)出親水性，在水相的待測(cè)體系中充分溶解，二者呈現(xiàn)為均 相，這一點(diǎn)由此時(shí)加入了所述水溶性聚合物Hg 2+熒光探針的待測(cè)體系所具有的光的高透過(guò) 率印證，如圖1所示，此時(shí)即可進(jìn)行待測(cè)體系的熒光比色化學(xué)傳感器檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)完畢后， 只需將加入了所述水溶性聚合物Hg 2+熒光探針的待測(cè)體系升溫至最低臨界溶解溫度以上， 此時(shí)，所述水溶性聚合物Hg2+熒光探針變現(xiàn)出疏水性，從待測(cè)體系中析出，二者呈現(xiàn)為異 相，這一點(diǎn)由此時(shí)加入了所述水溶性聚合物Hg 2+熒光探針的待測(cè)體系所具有的光的低透過(guò) 率印證，如圖1所示。如果將加入了所述水溶性聚合物Hg2+熒光探針的待測(cè)體系的溫度在 最低臨界溶解溫度上下切換，如25°C、50°C，即可重復(fù)再現(xiàn)所述水溶性聚合物Hg 2+熒光探針 的親水性和疏水性，如圖2所示。當(dāng)溫度為50°C時(shí)，即可以過(guò)濾的方式，直接將所述水溶性 聚合物Hg 2+熒光探針與待測(cè)體系分離，不僅避免二次污染，而且實(shí)現(xiàn)了所述水溶性聚合物 Hg2+熒光探針的循環(huán)利用，檢測(cè)過(guò)程無(wú)試劑消耗，實(shí)現(xiàn)了熒光探針的器件化。
[0015] 以下實(shí)驗(yàn)說(shuō)明本發(fā)明之水溶性聚合物Hg2+熒光探針具有非常高的選擇性。準(zhǔn)確稱(chēng) 取干燥后的水溶性聚合物Hg 2+熒光探針配成濃度為0. 2g/L的溶液，采用pH = 7. 00的HEPES 緩沖溶液，依次向所述溶液中分別加入等體積、濃度均為IX l(T3m〇l/L的NaCl、KCl、AgCl、 BaCl2、CaCl2、CdCl2、CuCl2、MgCl 2、MnCl2、Hg (ClO4) 2溶液，同時(shí)由 500nm 波長(zhǎng)的光激發(fā)，產(chǎn)生 峰值位于550nm的熒光，依次測(cè)試熒光強(qiáng)度，只有在Hg2+出現(xiàn)時(shí)，才有強(qiáng)熒光突現(xiàn)，如圖3所 示，說(shuō)明本發(fā)明之水溶性聚合物Hg 2+熒光探針對(duì)Hg 2+具有非常高的選擇性。
[0016] 以下實(shí)驗(yàn)說(shuō)明本發(fā)明之水溶性聚合物Hg2+熒光探針具有非常低的檢出限。該實(shí)驗(yàn) 測(cè)試了 Hg2+濃度不同的待測(cè)體系對(duì)水溶性聚合物Hg2+熒光探針的熒光響應(yīng)。準(zhǔn)確稱(chēng)取干燥 后的水溶性聚合物Hg 2+熒光探針配成濃度為0. 2g/L的溶液，采用pH = 7. 00的HEPES