專利名稱：一種基于熒光顏色變化檢測(cè)水介質(zhì)中痕量汞的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于熒光顏色變化檢測(cè)水介質(zhì)中痕量汞的分析方法，屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
重金屬離子的污染可破壞生態(tài)環(huán)境并危害人體健康。其中，汞離子的污染尤為受到重視，因?yàn)樗奈廴臼瞧毡榇嬖诘?，而且低濃度的汞即可在生物體中積聚，引起人的認(rèn)知能力和運(yùn)動(dòng)功能的紊亂，損傷肝和腎的功能，打破免疫系統(tǒng)間的平衡。所以設(shè)計(jì)合成可用于汞離子檢測(cè)的高靈敏的熒光傳感器己成為當(dāng)今科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。然而，一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)是發(fā)展一種能在水中檢測(cè)Hg"的價(jià)格便宜、靈敏的傳感器，且可以高選擇性地區(qū)分水溶液中其他競(jìng)爭(zhēng)分析物的干擾。目前，大多數(shù)的Hg^離子熒光傳感器是基于有機(jī)小分子，而且通常是在有機(jī)溶劑中使用。不僅如此，它們還表現(xiàn)出響應(yīng)時(shí)間慢、靈敏度低、對(duì)其它金屬離子的交叉?zhèn)鞲械娜秉c(diǎn)。所以其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值受到了限制。與有機(jī)小分子熒光傳感器不同，共軛高分子的熒光傳感器具有優(yōu)異的光電性能，它是一種具有分子導(dǎo)線功能的化學(xué)傳感器。在生物及化學(xué)分子檢測(cè)時(shí)，后者可產(chǎn)生相應(yīng)的單體的上萬(wàn)倍的光學(xué)響應(yīng)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)體系中目標(biāo)分子的靈敏檢測(cè)。
但采用基于水溶性共額聚合物，特別是水溶性共額寡聚物的Hg^離子熒光傳感器鮮有報(bào)道。而且，基于可肉眼識(shí)別的熒光顏色的變化對(duì)Hg^離子進(jìn)行直接靈敏檢測(cè)的報(bào)道則更少。
本發(fā)明采用水溶性的寡聚芘的衍生物與短鏈富含堿基T的均聚核酸形成的復(fù)合物作為熒光探針，通過寡聚芘的衍生物間形成;r-;r的堆積而產(chǎn)生熒光自淬滅，實(shí)現(xiàn)了基于熒光顏色變化對(duì)水介質(zhì)中痕量汞的高靈敏，高選擇性的識(shí)別。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于水溶性的寡聚芘的衍生物與短鏈富含堿基T的均聚核酸形成的復(fù)合物熒光探針，并通過傳感液熒光顏色的變化來檢測(cè)水介質(zhì)中Hg^。本發(fā)明的方法操作簡(jiǎn)單，并具有很好的可重復(fù)性。本發(fā)明最大優(yōu)點(diǎn)在于所制備的復(fù)合物熒光探針，具有水溶性，無需熒光探針標(biāo)記，制備成本低廉，另一方面，該熒光探針通過肉眼可識(shí)別的傳感體系的熒光顏色變化實(shí)現(xiàn)對(duì)水介質(zhì)中痕量Hg^進(jìn)行即時(shí)、直接、方便、特異的高靈敏檢測(cè)。
本發(fā)明所合成的寡聚物熒光探針分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為
寡聚物名稱寡聚 >44-六甲基-2-(芘基-l -甲酰氧基)丁基-l ，4-二甲基溴化胺合成路線如下
化合物1 化合物2 化合物3 化合物4
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為基于熒光顏色變化，該寡聚芘的衍生物復(fù)合物熒光探針檢測(cè)水介質(zhì)中Hg^的方法包括以下具體步驟
1) 化合物1的合成在50 mL的圓底燒瓶中加入芘甲酸(200 mg, 0.813 mmol)及20mL二氯甲烷，并加入一滴N，N 二甲基甲酰胺作為催化劑。混合溶液用冰水浴冷卻。然后，在10 min內(nèi)逐步滴加入0.21 mL草酰氯(2.44 mmol)。反應(yīng)8 h
后
經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑。之后加入50mL甲苯后，再經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得到淡琥珀色的粗產(chǎn)品。將該產(chǎn)物用甲苯和正己烷的混合溶劑^ =1/1)于-20。C下重結(jié)晶純化24h，最后得到白色的晶體，產(chǎn)率97%(242mg)， 熔點(diǎn)88-90 °C;
2) 化合物2的合成將碳酸鉀(88 mg， 0.813 mmol)和芘甲酰氯(200 mg, 0.813mmol)溶解在5mL二氯甲烷中并加入一滴N,N-二甲基甲酰胺作為催化劑。然后，在5分鐘內(nèi)逐步滴加0.2 mL 1,4-二溴一2-丁醇(0.39 mL, 1.19 mmol)?；旌先芤河帽】刂品磻?yīng)溫度在0。C。待反應(yīng)冷卻后，濃縮混合溶液，然后用3
5X40 mL 5。/。碳酸鉀水溶液(重量比)和3X40 mL水溶液反復(fù)洗滌三次，并放入真空烘箱中干燥。該粗產(chǎn)物以氯仿為洗脫劑采用硅膠柱進(jìn)行純化，得到淺黃色粘性油狀物303 mg ，產(chǎn)率95%;
3) 化合物3的合成化合物2的電化學(xué)聚合在EG&G普林斯頓應(yīng)用研究所制造的273A和電化學(xué)綜合分析儀上進(jìn)行。工作電極和對(duì)電極是一對(duì)平行放置的面積為l.Ocm2的鉑電極，它們間的垂直距離為1.0cm。參比電極為新制備的自制的Ag/AgCl。典型的電解液為5 mmoL—1化合物2的三氟化硼乙醚溶液。聚合前，首先在電解液通入高純氮?dú)?，然后?.75 V(vs. Ag/AgCl)的工作電壓下電化學(xué)聚合22小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將聚合膜從鉑電極上剝下，并立即用無水乙醚清洗。所得的產(chǎn)物在真空條件下千燥，得到31mg產(chǎn)物，產(chǎn)率為35%;
4) 化合物4 (熒光共軛寡聚芘衍生物)的合成將2.3mL三甲胺加入到化合物3(10mg)的四氫咲喃(3mL)溶液中。混合液在室溫條件下攪拌50小時(shí)。然后在減壓條件下將溶劑除去。得到的固體樣品用四氫呋喃清洗三次，然后在真空條件下干燥，得到11.7mg產(chǎn)物，產(chǎn)率為93%;
5) 將熒光共軛寡芘衍生物溶解及短鏈富含堿基T的均聚核酸分別配制成一定濃度的水溶液，然后混合。該復(fù)合得到的熒光探針溶液即可通過觀察其熒光顏色的變化方便地對(duì)Hg^樣品進(jìn)行檢測(cè)。
所述步驟(3)中，使用的工作電極和對(duì)電極也可是其它惰性電極。所述步驟(5)中，使用的DNA為含8個(gè)T堿基的單鏈寡聚核酸。所述步驟(5)中，樣品檢測(cè)時(shí)，使用的激發(fā)光源為手提UV-紫外燈，激發(fā)波長(zhǎng)為365 nm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
基于有機(jī)小分子的Hgh熒光傳感器通常是在有機(jī)溶劑中使用的，因而其應(yīng)用性受到了限制。與之相比，本發(fā)明通過觀察肉眼可識(shí)別的傳感溶液熒光顏色的變化，實(shí)現(xiàn)了直接對(duì)水介質(zhì)中痕量Hg^進(jìn)行高靈敏和特異性識(shí)別，所以在環(huán)境水的檢測(cè)分析上，具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
1. 與傳統(tǒng)原子吸收光譜，誘導(dǎo)耦合的等離子質(zhì)譜檢測(cè)Hg^的方法相比，本發(fā)明所涉及的熒光探針制備成本低，靈敏度高，具有對(duì)水介質(zhì)中痕量Hg^即時(shí)響應(yīng)的特點(diǎn)；
2. 本發(fā)明通過觀察肉眼可識(shí)別的傳感溶液熒光顏色的變化即方便地對(duì)Hg^樣品進(jìn)行檢測(cè)；
3. 制備工藝較為簡(jiǎn)單，檢測(cè)結(jié)果具有較高可重復(fù)性。


圖l為本發(fā)明實(shí)施例一所制得的共軛寡芘衍生物溶解及短鏈富含堿基T的均聚核酸復(fù)合物在純水介質(zhì)中，室溫下，與各金屬離子間選擇性熒光顏色變化圖2為本發(fā)明實(shí)施例一所制得的共軛寡芘衍生物溶解及短鏈富含堿基T的均聚核酸復(fù)合物在緩沖介質(zhì)(pH:7.5)中，室溫下，與各金屬離子間選擇性熒光顏色變化圖3為本發(fā)明實(shí)施例一所制得的共軛寡芘衍生物溶解及短鏈富含堿基T的均聚核酸復(fù)合物在緩沖介質(zhì)(pH二7.5)中，40。C下，與各金屬離子間選擇性熒光顏色變化具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
實(shí)施例一
稱取適量所合成的共軛寡聚芘衍生物及含8個(gè)堿基T的均聚核酸分別置于兩試劑瓶中，并用超純水溶解配制成等摩爾濃度的水溶液，其濃度值為2.5x 10—5 molL—、之后將兩溶液在室溫下混合，并靜置10min。移取13份5mL該溶液作為檢測(cè)液。然后，向該體系中滴加待測(cè)的K+, Ba2+, Ca2+, Cd2+, Co2+, Cu2+, Fe3+, Fe2+, Mg2+， Mn2+， Ni2+， Pb2+，Zii"樣品。各離子的最后濃度均為1.25 x 10—4 mol L-1 mol L—1。復(fù)合物檢測(cè)液對(duì)Hg"的熒光響應(yīng)，于25。C下，用手提UV-紫外燈對(duì)熒光傳感體系激發(fā)，激發(fā)波長(zhǎng)為365 nm。結(jié)果表明，傳感體系的藍(lán)色熒光未受水介質(zhì)環(huán)境背景中相關(guān)的堿金屬和堿土間金屬及過渡金屬離子的影響。 一些重要特征金屬離子及前述13種混合離子的影響如圖l(a)所示。之后，向該體系中滴加待測(cè)的Hgh,濃度為1 x l(T5 molL—、如圖l(a)所示，此時(shí)，通過肉眼，我們可觀察到傳感體系的熒光顏色由之前的藍(lán)色迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闇\黃色。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還揭示，如圖l(b)所示，當(dāng)加入探針體系中待測(cè)的Hg"濃度為5 x 10—6 molL"時(shí)，即可使傳感體系的熒光顏色由藍(lán)色迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闇\黃色，檢測(cè)限為5xl0—6 molL—、表明，本發(fā)明的熒光探針可以高靈敏、高選擇檢測(cè)純水介質(zhì)中的Hg2、
實(shí)施例二
稱取適量所合成的共軛寡聚芘衍生物及含8個(gè)堿基T的均聚核酸分別置于兩試劑瓶中，并用濃度為10 m mol L—1; pH = 7.5的Tris-HCl緩沖液溶解，配制成等摩爾濃度的水溶液，其濃度值為2.5 x 10—5 mo1171。之后將兩溶液在室溫下混合，并靜置10min。移取13份5mL該溶液作為檢測(cè)液。然后，向該體系中滴加待測(cè)的K+， Ba2+, Ca2+, Cd2+, Co2+,Cu2+，F(xiàn)e3+,Fe2+,Mg2+,Mn2+,Ni2+,Pb2+，Zn2+樣品。各離子的最后濃度均為1.25 x 10—4 molL一'molL/1。復(fù)合物檢測(cè)液對(duì)Hg^的熒光響應(yīng)，于25。C下，用手提UV-紫外燈對(duì)熒光傳感體系激發(fā)，激發(fā)波長(zhǎng)為365 nm。結(jié)果表明，傳感體系的藍(lán)色熒光未受水介質(zhì)環(huán)境背景中相關(guān)的堿金屬和堿土間金屬及過渡金屬離子的影響。一些重要特征金屬離子及前述13種混合離子的影響如圖2(a)所示。之后，向該體系中滴加待測(cè)的Hg、濃度為1 x IO一5molL—、如圖2(a)所示，此時(shí)，通過肉眼，我們可觀察到傳感體系的熒光顏色由之前的藍(lán)色迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闇\黃色。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還揭示，如圖2(b)所示，當(dāng)加入探針體系中待測(cè)的Hg^濃度為5 x 10—6 mol L—1時(shí)，即可使傳感體系的熒光顏色由藍(lán)色迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闇\黃色，檢測(cè)限為5xl(T6 molL—、表明，本發(fā)明的熒光探針可以高靈敏、高選擇檢測(cè)緩沖水介質(zhì)中的Hg2、
實(shí)施例三
稱取適量所合成的共軛寡聚芘衍生物及含8個(gè)堿基T的均聚核酸分別置于兩試劑瓶中，并用濃度為10mmolL";pH:7.5的Tris-HCl緩沖液溶解，配制成等摩爾濃度的水溶液，其濃度值為2.5 x 10—5 mo1171。之后將兩溶液在40QC下混合，并靜置10min。移取13份5mL該溶液作為檢測(cè)液。然后，向該體系中滴加待測(cè)的K+，B^+，C^+，Cd2 Co2+, Cu2+, Fe3+， Fe2+， Mg2+, Mn2+，Ni2+， Pb2+, Zn2+樣品。各離子的最后濃度均為1.25 x IO一4molL—1。復(fù)合物檢測(cè)液對(duì)Hg^的熒光響應(yīng)，于25。C下，用手提UV-紫外燈對(duì)熒光傳感體系激發(fā)，激發(fā)波長(zhǎng)為365 nm。結(jié)果表明，傳感體系的藍(lán)色熒光未受水介質(zhì)環(huán)境背景中相關(guān)的堿金屬和堿土間金屬及過渡金屬離子的影響。 一些重要特征金屬離子及前述13種混合離子的影響如圖3(a)所示。之后，向該體系中滴加待測(cè)的Hg^,濃度為1 x 10一5molL—、如圖3(a)所示，此時(shí)，通過肉眼，我們可觀察到傳感體系的熒光顏色由之前的藍(lán)色迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闇\黃色。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還揭示，如圖3(b)所示，當(dāng)加入探針體系中待測(cè)的Hg^濃度為5 x 10—6 mol L—1時(shí)，即可使傳感體系的熒光顏色由藍(lán)色迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闇\黃色，檢測(cè)限為5xl(T6 molL—、表明，本發(fā)明的熒光探針可以高靈敏、高選擇檢測(cè)緩沖水介質(zhì)中的Hg24。
本發(fā)明提出了一種基于傳感體系熒光顏色的變化來檢測(cè)水介質(zhì)中Hg^的高靈敏，高選擇性的識(shí)別方法。通過電化學(xué)技術(shù)可得到水溶性的寡聚芘的衍生物。將其與富含堿基T的短鏈均聚核酸在水相進(jìn)行等摩爾比的分子復(fù)合，可得到復(fù)合物熒光探針。該熒光探針通過Hg^誘導(dǎo)的分子鏈間;r電子相互作用而產(chǎn)生傳感體系熒光顏色的變化，可最終實(shí)現(xiàn)對(duì)水介質(zhì)中Hg^的高靈敏，高選擇性的檢測(cè)。本發(fā)明所涉及的熒光探針具有較好的水溶性，無需有機(jī)或有機(jī)混合溶劑的溶解。而且操作過程方便、直觀。因而，在與Hg2+相關(guān)的環(huán)境水檢測(cè)分析上，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值或潛在的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1、一種檢測(cè)水介質(zhì)中痕量Hg2+的高靈敏，高選擇性的識(shí)別的方法，其包括以下具體步驟1)化合物1的合成以N，N二甲基甲酰胺作為催化劑，將芘甲酸與草酰氯進(jìn)行反應(yīng)；2)化合物2的合成以N，N二甲基甲酰胺作為催化劑，將化合物1與1，4-二溴-2-丁醇進(jìn)行反應(yīng)；3)化合物3的合成在EG&G普林斯頓應(yīng)用研究所制造的273A和電化學(xué)綜合分析儀上，將化合物2進(jìn)行電化學(xué)聚合；4)化合物4(熒光共軛寡聚芘衍生物)的合成將化合物3與三甲胺進(jìn)行反應(yīng)；5)將熒光共軛寡芘衍生物溶解(化合物4)及短鏈富含堿基T的均聚核酸分別配制成一定濃度的水溶液，然后混合。復(fù)合得到的熒光探針溶液即可用于Hg2+樣品的熒光分析。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的檢測(cè)水介質(zhì)中痕量Hg^的高靈敏，高選擇性的識(shí)別的方法，其特征在于所述步驟(1)中，化合物1的合成原料選自芘甲酸、草酰氯。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(1)中，化合物1的合成的催化劑選自N，N 二甲基甲酰胺。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中，化合物1的合成原料選自1,4-二溴—2-丁醇。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)中，化合物2的合成的催化劑選自N,N 二甲基甲酰胺。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(3)中，聚合溶劑選自三氟化硼乙醚溶液。
7、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述步驟(3)中，工作電壓為0.75V
8、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述步驟(3)中，參比電極選自Ag/AgCl。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)方法，其特征在于所述步驟(5)中通過熒光共軛寡芘衍生物及富含堿基T的短鏈均聚核酸首先在水相中溶解，然后混合來實(shí)現(xiàn)分子復(fù)合物熒光探針的制備。
10、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測(cè)水介質(zhì)中痕量Hg^的高靈敏，高選擇性的識(shí)別的方法，其特征在于所述步驟(5)中Hg^的識(shí)別是通過觀察其熒光顏色的變化來實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
一種基于傳感體系熒光顏色的變化來檢測(cè)水介質(zhì)中Hg²⁺的高靈敏，高選擇的識(shí)別方法，其包括以下具體步驟(1)通過化學(xué)及電化學(xué)技術(shù)合成水溶性的寡聚芘的衍生物；(2)將其與富含堿基T的短鏈均聚核酸在水相進(jìn)行等摩爾比的分子復(fù)合，即可得到用于Hg²⁺檢測(cè)的熒光探針。本發(fā)明通過Hg²⁺所誘導(dǎo)的分子鏈間π電子相互作用而產(chǎn)生的傳感體系熒光顏色的變化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水介質(zhì)中痕量Hg²⁺的高靈敏，高選擇性檢測(cè)，為水介質(zhì)中痕量離子檢測(cè)提供了的一種有效、簡(jiǎn)便、直觀的分析方法，對(duì)于環(huán)境水中的Hg²⁺的檢測(cè)具有重要的意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N21/64GK101672780SQ20091018044
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者張新霓, 陳友強(qiáng) 申請(qǐng)人:青島大學(xué)