本發(fā)明屬于熒光分子探針領(lǐng)域，特別涉及一種基于羅丹明B類識別Fe3+、Al3+和Cr3+離子多功能熒光探針及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：
三價金屬離子尤其是Fe3+、Cr3+和Al3+在生命活動中發(fā)揮著非常重要的作用。Fe3+是構(gòu)成蛋白、細(xì)胞色素和多種酶的基本元素，參與細(xì)胞的新陳代謝。人體內(nèi)Fe3+失衡會引起新陳代謝紊亂導(dǎo)致貧血、肝損傷、腎衰竭等疾病。Cr3+的缺少會引發(fā)糖尿病和動脈硬化等多種疾病，但是當(dāng)Cr3+含量過高時會破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和組成，對人體造成傷害。Al3+不屬于人體所必需的微量元素。平時過多攝入Al3+會引發(fā)老年癡呆，對人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝、腎造成不良影響。因此，開發(fā)快速、廉價、方便的監(jiān)測以上三種金屬離子的方法勢在必行。熒光分子探針因具有選擇性好、靈敏度高、簡單快速并且不需要借助昂貴儀器的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用與各種金屬離子的檢測。羅丹明類染料由于其摩爾吸光系數(shù)較大，熒光量子產(chǎn)率高、結(jié)構(gòu)易于修飾、吸收波長范圍廣等優(yōu)勢，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于分子探針設(shè)計。目前，羅丹明類熒光探針多用于檢測一種金屬離子如Zn2+、Cu2+、Hg2+、Fe2+、Fe3+、Cr3+和Al3+，作用和功能單一；同時Fe3+和Cr3+具有順磁性特點(diǎn)，使得很多熒光探針與Fe3+和Cr3+作用后，通常表現(xiàn)為熒光淬滅，嚴(yán)重影響了檢測的靈敏度。Al3+具有逆磁性，與熒光探針結(jié)合后通常表現(xiàn)為熒光增強(qiáng)。而檢測Fe3+、Cr3+和Al3+需要采用不同的熒光探針，增加了檢測成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有良好靈敏度、強(qiáng)抗干擾能力、可同時識別三價金屬離子Fe3+、Cr3+和Al3+的基于羅丹明B類識別Fe3+、Al3+和Cr3+離子多功能熒光探針及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于羅丹明B類識別Fe3+、Al3+和Cr3+離子多功能熒光探針，其具體結(jié)構(gòu)式如下：其中R為或該多功能熒光探針具體結(jié)構(gòu)式如下：該多功能熒光探針具體結(jié)構(gòu)式如下：一種基于羅丹明B類識別Fe3+、Al3+和Cr3+離子多功能熒光探針的制備方法，其反應(yīng)式如下：具體步驟是：取化合物2嗎啡啉、KI和二異丙基乙胺按照摩爾比28:0.35:0.18:2.9溶于乙腈中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，攪拌回流反應(yīng)10h；反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，減壓蒸餾掉溶劑，采用硅膠柱層析分離，得到熒光探針L1。回流反應(yīng)溫度為70℃。一種基于羅丹明B類識別Fe3+、Al3+和Cr3+離子多功能熒光探針的制備方法，其反應(yīng)式如下：具體步驟是：將化合物3化合物6五水硫酸銅和抗壞血酸鈉按照摩爾比1:1.5：(0.1～2)：(0.1～2)，溶解在二氯甲烷和水的溶劑中，其中，二氯甲烷和水的體積比為1:1，在室溫條件下反應(yīng)12h，用二氯甲烷萃取，用無水硫酸鎂干燥，過濾，旋干溶劑，硅膠柱層析得到熒光探針L2。一種基于羅丹明B類識別Fe3+、Al3+和Cr3+離子多功能熒光探針的應(yīng)用，所述羅丹明類功能熒光探針能夠選擇性識別三價金屬離子Fe3+、Cr3+和Al3+。一種基于羅丹明B類識別Fe3+、Al3+和Cr3+離子多功能熒光探針的應(yīng)用，所述羅丹明B類多功能熒光探針識別Fe3+、Cr3+和Al3+的溶劑是體積比為1:1的甲醇和磷酸緩沖鹽溶液(PBS)，其中，磷酸緩沖鹽溶液的pH為7.4。本發(fā)明的有益效果：1)該熒光探針L1具有羅丹明類熒光團(tuán)，螺內(nèi)酰胺與Fe3+、Cr3+和Al3+作用后開環(huán)，由無熒光變?yōu)閺?qiáng)熒光，實(shí)現(xiàn)了對Fe3+、Cr3+和Al3+的熒光增強(qiáng)識別，檢測靈敏度高。2)該熒光探針L2通過三唑環(huán)將羅丹明類熒光團(tuán)和苯并噻唑熒光團(tuán)連接起來，三唑環(huán)中的N及苯并噻唑中的N、S元素為金屬離子提供了結(jié)合位點(diǎn)，螺內(nèi)酰胺與Fe3+、Cr3+和Al3+作用后開環(huán)，由無熒光變?yōu)閺?qiáng)熒光，實(shí)現(xiàn)了對Fe3+、Cr3+和Al3+的熒光增強(qiáng)識別，檢測靈敏度高。3)該熒光探針L1和熒光探針L2對三價金屬離子Fe3+、Cr3+和Al3+的識別都有優(yōu)良的選擇性，與其它常見金屬離子如Zn2+、Pb2+、Cu2+、Fe2+、Cd2+、Mn2+、Co2+、Ni+、Cr3+、Ag+、Na+、Ba2+、Sr2+、Hg2+、K+、Mg2+作用熒光信號基本沒有變化，抗干擾能力強(qiáng)，可以用于二價金屬離子和三價金屬離子的識別。4)該熒光探針L1和熒光探針L2可以同時檢測三種金屬離子的存在，既可以節(jié)約檢測費(fèi)用，又節(jié)省了檢測時間。附圖說明圖1是本發(fā)明熒光探針L1的1HNMR譜圖；圖2是本發(fā)明熒光探針L1的13CNMR譜圖；圖3是本發(fā)明熒光探針L1的質(zhì)譜譜圖；圖4是本發(fā)明熒光探針L1在甲醇溶液中加入不同金屬離子的熒光光譜；圖5是本發(fā)明熒光探針L1在甲醇溶液中Cr3+的熒光滴定光譜；圖6是本發(fā)明熒光探針L1在甲醇溶液中Al3+的熒光滴定光譜；圖7是本發(fā)明熒光探針L1在甲醇溶液中Fe3+的熒光滴定光譜；圖8是本發(fā)明熒光探針L1在Al3+及其它金屬離子存在下的熒光發(fā)射強(qiáng)度變化圖；圖9是本發(fā)明熒光探針L1在Cr3+及其它金屬離子存在下的熒光發(fā)射強(qiáng)度變化圖；圖10是本發(fā)明熒光探針L1在Fe3+及其它金屬離子存在下的熒光發(fā)射強(qiáng)度變化圖；圖11是本發(fā)明熒光探針L2的1HNMR譜圖；圖12是本發(fā)明熒光探針L2的13CNMR譜圖；圖13是本發(fā)明熒光探針L2的質(zhì)譜譜圖；圖14是本發(fā)明熒光探針L2在甲醇溶液中加入不同金屬離子的熒光光譜；圖15是本發(fā)明熒光探針L2在甲醇溶液中Cr3+的熒光滴定光譜；圖16是本發(fā)明熒光探針L2在甲醇溶液中Al3+的熒光滴定光譜；圖17是本發(fā)明熒光探針L2在甲醇溶液中Fe3+的熒光滴定光譜；圖18是本發(fā)明熒光探針L2在Al3+及其它金屬離子存在下的熒光發(fā)射強(qiáng)度變化圖；圖19是本發(fā)明熒光探針L2在Cr3+及其它金屬離子存在下的熒光發(fā)射強(qiáng)度變化圖；圖20是本發(fā)明熒光探針L2在Fe3+及其它金屬離子存在下的熒光發(fā)射強(qiáng)度變化圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明可以通過以下的實(shí)施例進(jìn)一步說明，但不僅僅局限于實(shí)施例。實(shí)施例1合成化合物2其反應(yīng)式如下：(1)化合物1的合成將(3.0g,6.8mmol)羅丹明B置于圓底燒瓶中，加入100mL無水乙醇使其充分溶解，再加入7.5mL水合肼，回流攪拌4h，反應(yīng)結(jié)束后，減壓蒸餾除去溶劑乙醇，剩余固體用過量1mol/LHCl進(jìn)行酸化，0.5mol/LNaOH調(diào)節(jié)pH值為7，此時析出大量沉淀，抽濾，用去離子水洗滌濾餅，真空干燥得土黃色固體化合物1(2)化合物2的合成將化合物1(0.5g,1mmol)放入100mL燒瓶中，加入30mL二氯甲烷使其完全溶解。再將0.1mL氯乙酰氯溶解在少量的二氯甲烷(5mL)中。冰浴下，將氯乙酰氯的混合溶液滴加到化合物1溶液中，攪拌2h。反應(yīng)完成后，將所得物升至室溫，減壓蒸餾除掉溶劑。將0.1mol/LHCl(40mL)加入剩余固體中，充分振蕩至其溶解，0.1mol/LNaOH調(diào)節(jié)pH值到7，將沉淀過濾收集，干燥，采用柱層析分離得到化合物2實(shí)施例2合成熒光探針L1，其反應(yīng)式如下：具體步驟是：取化合物2(0.15g，28mmol)溶于20mL乙腈中，加入嗎啡啉(0.031g，0.35mmol)、KI(0.03g，0.18mmol)和二異丙基乙胺(0.5mL，2.9mmol)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，70℃攪拌回流反應(yīng)10h；反應(yīng)完成后，冷卻至室溫，減壓蒸餾掉溶劑，采用柱層析分離，得到白色固體熒光探針L1，收率為85％。該羅丹明類多功能熒光探針的基本數(shù)據(jù)：1HNMR(400MHz,CDCl3)δ8.25(s,1H),7.98(d,J＝8.0Hz,1H),7.51-7.49(m,2H),7.33(t,J＝7.5Hz,1H),7.15(d,J＝6.7Hz,1H),6.65(d,J＝8.8Hz,2H),6.32(m,4H),3.48(br,4H),4.53(s,2H),3.38-3.28(m,8H),2.96(s,2H),2.32(br,4H),1.17(t,J＝7.0Hz,12H)(如圖1)。13CNMR(100.6MHz,CDCl3)167.3,165.1,153.5,151.3,148.9,133.1,129.4,128.4,124.1,123.4,108.1,104.0,97.2,66.9,66.0,60.8,53.4,44.3,12.6(如圖2)。高分辨質(zhì)譜(MALDI-TOF/TOF質(zhì)譜儀)的計算值C34H41N5O4Na[M+Na]+:m/z606.3056實(shí)測值606.3051(如圖3)。熒光探針L1的熒光光譜測定：熒光探針L1的熒光光譜測定溶液配制，以DMSO為溶劑，配制1.0×10-3mol/L的熒光探針L1的溶液，然后再用體積比為1:1的甲醇和磷酸緩沖(PBS,10mM,pH7.4)為溶劑，稀釋成1.0×10-5mol/L；取2ml濃度為1.0×10-5mol/L的熒光探針L1的體積比為1:1的甲醇和磷酸緩沖(PBS,10mM,pH7.4)溶液，然后分別加入20μl濃度為1.0×10-3mol/L的各種離子(Zn2+、Pb2+、Cu2+、Fe2+、Fe3+、Cd2+、Mn2+、Co2+、Ni+、Cr3+、Al3+、Ag+、Na+、Ba2+、Sr2+、Hg2+、K+、Mg2+)溶液，搖勻，后在λ＝530nm的激發(fā)波長下測定其熒光發(fā)射光譜(如圖4...