一種親水型熒光銅離子探針及其合成方法

文檔序號：3807214閱讀：127來源：國知局

專利名稱：一種親水型熒光銅離子探針及其合成方法
技術領域：
本發明涉及采用在熒光法測定銅離子中使用的銅離子檢測試劑及其合成方法，尤
其涉及一種親水型銅離子探針及其合成方法。
背景技術：
銅是人體及動植物必需的微量元素之一，對機體的新陳代謝有重要的調節作用。但過量攝入銅引起組織中銅貯留、蓄積在肝臟、腦部，可引起組織病變。目前常用銅離子檢測方法是銅試劑(DDTC)法、分光光度法、原子吸收法等。這些方法較靈敏，但存在耗時長，檢測樣品需經前處理，樣品易損失使結果偏低等缺點。熒光法是消除常用方法不足之處的切實可行的方法之一。近年來利用熒光法測定銅離子有不少報道，從文獻看大部分都是作者自行合成或使用一些較新穎的熒光試劑，這些試劑具有較高的靈敏度，檢出限也較低，但它們的水溶性較差，在使用時需要較復雜的樣品前處理過程，實驗過程較繁瑣。在設計微量銅離子的檢測方法時，檢出方法考慮靈敏度、專一性，盡量避免使用大型儀器以及專業實驗室和復雜的操作過程。如應用KI、Na^測定銅離子，但其靈敏性、專一性不好；使用銅試劑(DDTC)需要抗干擾，操作過程十分繁瑣。熒光法不僅方法簡便，而且在靈敏度、選擇性、響應時間等方面均有其突出優點。由于存在某些自身有熒光的化合物，而多數待測物質本身無熒光，因此可用其對待測物進行標記，結合形成無熒光的絡合物來進行測定，可使檢出限大大降低，這就是熒光淬滅型探針。如圖1所示，這是現有技術中作為熒光試劑使用的兩種化合物a和b，化合物a 與Cu2+結合減弱了共軛氮原子對熒光團的供電子能力，導致最大發射波長從525nm藍移到 475nm，熒光顏色由黃綠色變為藍色，可用肉眼直接觀測。如圖2所示，化合物b基于脫氫和 ICT原理的結合，Cu2+與受體的作用能誘使共軛氮原子上的氫脫去，增強對熒光團的供電子能力，導致吸收光譜和熒光波長的紅移，其最低檢測限可達10nmol/L。但化合物a、 b的缺點是親水性能較差，在水溶液體系中對Cu2+響應較差。由于金屬離子在水中具有更強的溶解作用，且水對識別基團的作用一般也強于有機溶劑，因此，熒光銅離子探針能夠親水，將具有更廣泛和更高的使用價值。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種具有良好親水性的親水型熒光銅離子探針，以克服現有技術存在的不足。為了解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案
—種親水型熒光銅離子探針，其分子結構式如下

4h ;
流lh

另外本發明還提供了該親水型熒光銅離子探針的合成方法，該方法如下
a、溴代N， N- 二甲基乙酰胺做溶齊U，一次性加入NBS，室溫，攪拌，6h ;
b、硝化冰乙酸做溶劑，恒壓漏斗滴加發煙HN03， 10 15t:，攪拌，4h ;
C、芳香烴側鏈氧化冰乙酸做溶劑，一次性加入重鉻酸鈉，11(TC，油浴回流，攪拌，
d、插入親水基團無水乙醇做溶劑，一次性加入NH2CH2CH20CH2CH20H， 80°C ，水浴回
e、離去硝基二甲基甲酰胺做溶劑；一次性加入2-氨基甲基吡啶；室溫；
f、形成空腔乙二醇單甲醚做溶劑，一次性加入2-叔丁氧羰基氨基乙基胺，Nj呆
護，11(TC，回流。采用上述技術方案，本發明的這種親水型熒光銅離子探針具有親水性特點，并具有良好的選擇性和靈敏度，檢測樣品無需前處理或前處理十分簡單；定量檢出銅離子方法簡易可行，目測熒光變化效果好，具有廣闊的實用前景。

下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明圖1為化合物a和化合物b的分子結構圖；圖2為化合物b與銅離子結合示意圖；圖3為本發明親水型熒光銅離子探針分子結構圖；圖4為本發明親水型熒光銅離子探針合成過程圖；圖5為本發明親水型熒光銅離子探針的掃描波長和熒光發射強度關系圖；圖6為本發明親水型熒光銅離子探針與銅離子作用示意圖。
具體實施例方式
本發明提供一種親水型熒光銅離子探針(命名為Nth-Cu銅離子探針)，其分子結
構式如下
4<formula>formula see original document page 5</formula>
如圖3所示，該Nth-Cu銅離子探針的分子中，分子左側中間的一個氮原子1形成三個共價鍵后仍有一對孤對電子，形成了推電子基，而其分子左側上方的氧原子2為吸電子基，故分子內存在電子轉移，使該化合物具有熒光。當銅離子進行絡合時，形成以銅離子為中心、氮做配位體的配合物。由氮提供孤對電子，銅離子提供空軌道，形成弱鍵，阻斷了分子內電子的轉移，導致熒光猝滅；而分子頂端取代基3增強了分子的水溶性；分子下端的取代基4則增強了分子的酯溶性。該親水型熒光銅離子探針按圖4所示合成過程合成所得，具體的合成步驟如下
a、溴代N， N- 二甲基乙酰胺做溶齊U，一次性加入NBS，室溫，攪拌，6h ;
b、硝化冰乙酸做溶劑，恒壓漏斗滴加發煙HN03， 10 15t:，攪拌，4h ; C、芳香烴側鏈氧化冰乙酸做溶劑，一次性加入重鉻酸鈉，11(TC，油浴回流，攪拌，

4h ;
流lh

d、插入親水基團無水乙醇做溶劑，一次性加入NH2CH2CH20CH2CH20H， 80°C ，水浴回
e、離去硝基二甲基甲酰胺做溶劑；一次性加入2_氨基甲基吡啶；室溫；
f、形成空腔乙二醇單甲醚做溶劑，一次性加入2-叔丁氧羰基氨基乙基胺，Nj呆
護，11(TC，回流。 Nth-Cu銅離子探針的性能實驗將合成后的Nth-Cu銅離子探針配成溶液，溶劑可直接水、乙醇或水與乙醇混合溶液。然后對其性能進行檢測，重點在于確定其選擇性和靈敏性及其與銅離子濃度之間的定量關系。實驗例1. Nth-Cu銅離子探針的選擇性分析常見的重金屬離子對銅離子的檢測可能存在干擾，因而要確定合成Nth-Cu銅離子探針在識別銅離子時是否能具備良好的選擇性。在10mg/LNth-Cu銅離子探針的水溶液中分別加入PtCl2、 AgN03、 Hg(N03)2、 CuS04、 ZnS04、 Co (N03)2、 MnS04、 NiC204、 PbAc2等固體，然后應用熒光檢測儀測定熒光發射強度，手動輸入掃描波長范圍為450 700nm，激發波長 365nm，掃描波長與熒光發射強度關系參見圖5，可見Nth-Cu銅離子探針只對銅離子響應。
實驗例2. Nth-Cu銅離子探針靈敏度分析以10mg/L Nth-Cu銅離子探針溶液為標準儲存液，分別移取O. 1、0. 2、0. 5、1.0、 2. 0、5. 0、10. 0、20. Oml溶液，稀釋至lOOml，得到0. 01、0. 01、0. 05、0. 1、0. 2、0. 5、1. 0、
2.0mg/L探針溶液。取樣，分別在紫外燈(波長365nm)激發下，目測現象。發現肉眼可感知銅離子探針溶液呈現出明顯熒光的濃度是0. 5mg/L以上，若濃度低于0. 5mg/L目測熒光效果不好。然后在lmg/L銅離子探針溶液中滴加lmg/L硫酸銅溶液。可知Nth-Cu銅離子探針溶液目測靈敏度非常好。若應用熒光檢測儀，可檢測更低濃度的銅離子，最低可達 1X10-7mol/L。實驗例3.熒光淬滅時Nth-Cu銅離子探針與銅離子之間的定量關系分析
等體積加不同濃度的Cu2+溶液時，從N th-Cu銅離子探針熒光的變化，發現銅離子濃度較小時則探針熒光不完全猝滅；當銅離子探針與銅離子物質的量濃度一致或銅離子濃度較大時，熒光完全淬滅。即Nth-Cu銅離子探針與銅離子是l : l弱鍵結合，利用此特性可檢測銅離子濃度的范圍。Nth-Cu銅離子探針與銅離子作用，如圖6，框內銅離子的引入形成弱鍵阻斷分子內電子轉移導致熒光萃滅。lmg/L銅離子探針溶液物質的量濃度約為 1. 8X 10-6mol/L，等量的銅離子可以使其熒光完全猝滅，則若以等體積混合進行目測，則可檢測銅離子為1. 8X 10-6mol/L或0. 3mg/L。因為銅離子具有極強的極化能力與明顯的變形性，有足夠的空軌道，具有形成配合物的強烈傾向，從而使Nth-Cu銅離子探針具有極高的靈敏性。由于四個氮原子之間的空間大小只適合銅離子進入，故該探針具有很強的專一性。由于注重了探針的水溶性和脂溶性的平衡，可使該探針能夠對水溶液中的銅離子進行測定，還能突破水_油界面，將能實現對細胞中的銅離子的測定。銅在食品、飼料、茶葉、土壤、水體中廣泛存在，這些銅的含量都將影響生態環境以及人體健康。Nth-Cu銅離子探針具有較高的靈敏性與專一性，使用時操作簡單，能快速檢測銅離子含量，有廣泛用途。應用例1.水體中銅離子濃度的檢測銅污染來源主要有銅礦和冶銅、電鍍、金屬回收等工廠排出的廢水；工業的粉塵、含銅的農藥(如硫酸銅、波爾多液以及含高銅的牲畜糞便等)。排放超量的銅離子等引起一系列污染，可導致飲用水中銅的含量嚴重超標。當水中銅離子濃度達lmg/L時，可使魚類全部死亡。世界衛生組織將飲用水中銅濃度的安全推薦標準定為不超過2mg/L。由于 Nth-Cu銅離子探針親水性強，易對污水中銅離子含量進行測定，且其對銅離子的目測濃度可達0. 3mg/L，可用于水質檢測。
應用例2.檢測飼料中添加銅的含量銅可明顯促進牲畜的生長，在豬飼料中違規高量添加的現象較為普遍(添加硫酸銅超過250mg/kg)。由于銅離子吸收率較低，排出的銅離子對土壤和水體造成污染。目前英美等國已不提倡在畜禽生產中使用高銅日糧，日本于1997年通過立法形式將仔豬日糧銅限量降至45mg/kg，將肥育豬的日糧銅限量降至10mg/kg。對豬飼料中銅離子的檢測可取飼料或豬糞便，溶于水中，充分攪拌后，過濾，取濾液，使用Nth-Cu銅離子探針進行檢測。
應用例3.檢測茶葉中銅的含量根據無公害茶葉的國家標準，銅含量不超過60mg/kg，在衛生指標范圍內，銅含量越高，表明茶的品質越好。使用Nth-Cu銅離子探針進行檢測時，可先取茶葉樣品，搗碎，灰化除去有機質，溶于與茶葉等質量的水中，過濾，取濾液，測其銅離子的最高含量和最低含量的范圍，另還借用熒光檢測儀分析其熒光強度來確定其具體濃度值。
應用例4.檢測細胞中銅的含量對細胞中銅離子的檢測則是Nth-Cu銅離子探針的最值得期待的應用。應用Nth-Cu銅離子探針檢測銅離子，尤其是跟蹤其在化學反應和生命活動中的作用過程就變成一件很有意義的事情。總之，Nth-Cu銅離子探針熒光強、光學穩定性好；水溶性和脂溶性好；有很好的靈敏性、專一性；且檢測樣品無需前處理或前處理十分簡單，檢測簡單快捷，據此可建立 Nth-Cu銅離子探針熒光淬滅法測定微量銅離子的方法。因此，Nth-Cu銅離子探針具有廣闊的實用前景。
權利要求
一種親水型熒光銅離子探針，其特征在于，分子結構式如下F2008102009768C0000011.tif
2. —種權利要求1所述親水型熒光銅離子探針的合成方法，該方法如下a、溴代N， N- 二甲基乙酰胺做溶齊U，一次性加入NBS，室溫，攪拌，6h ;b、硝化冰乙酸做溶劑，恒壓漏斗滴加發煙HN03， 10 15t:，攪拌，4h ;C、芳香烴側鏈氧化冰乙酸做溶劑，一次性加入重鉻酸鈉，ll(TC，油浴回流，攪拌，4h ;d、插入親水基團無水乙醇做溶劑，一次性加入NH2CH2CH20CH2CH20H，80°C，水浴回流lh ;e、離去硝基二甲基甲酰胺做溶劑；一次性加入2_氨基甲基吡啶；室溫；f、形成空腔乙二醇單甲醚做溶劑，一次性加入2-叔丁氧羰基氨基乙基胺，^保護，ll(TC，回流。
全文摘要
本發明涉及一種親水型熒光銅離子探針及其合成方法，該親水型熒光銅離子探針具有親水性特點，并具有良好的選擇性和靈敏度，檢測樣品無需前處理或前處理十分簡單；定量檢出銅離子方法簡易可行，目測熒光變化效果好，具有廣闊的實用前景。
文檔編號C09K11/00GK101738388SQ20081020097
公開日2010年6月16日申請日期2008年10月9日優先權日2008年10月9日
發明者吳紀舫, 高俊, 黎良枝申請人:上海市七寶中學

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