王尚芝，郭 永，馮 鋒，梁俊杰，李 平，孟雙明*

(山西大同大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，山西大同037009)

人體中微量元素銅，在生命過(guò)程中具有非常重要的作用，對(duì)腫瘤血管生長(zhǎng)因子也起著重要調(diào)節(jié)作用[1]，但高濃度的銅可能有害健康[2]。因此，檢測(cè)銅元素的含量是非常有必要的。

目前，檢測(cè)Cu2＋的主要方法有原子吸收光譜法[3]、原子發(fā)射光譜法[4]、電化學(xué)法[5]、熒光光譜法[6]等。其中熒光法因檢出限低、操作簡(jiǎn)單和高選擇性，已得到了廣泛的關(guān)注[7-8]。由于二價(jià)銅離子是d9結(jié)構(gòu)順磁性離子，對(duì)熒光具有較強(qiáng)的猝滅性，大多數(shù)報(bào)道的銅離子熒光分子探針都是猝滅型的，由于在探針識(shí)別客體時(shí)熒光猝滅不利于高通量信號(hào)輸出，所以開(kāi)發(fā)高靈敏、高選擇性的熒光增強(qiáng)型銅離子熒光分子探針具有重要意義。

我們合成了一個(gè)新的苯甲醛-羅丹明類(lèi)銅離子熒光增強(qiáng)型分子探針，并就探針的光譜特性及對(duì)銅離子的選擇性識(shí)別作用進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑主要有羅丹明B、乙腈、80%水合肼、無(wú)水乙醇、3，4-二甲氧基苯甲醛等。實(shí)驗(yàn)用水為超純水(18 MΩ·cm)，其他試劑均為分析純。

圖1 化合物2和1的合成

金屬離子標(biāo)準(zhǔn)溶液：均由其硝酸鹽以水溶解制備。

化合物1的標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取一定量的化合物1溶于乙腈中，配制成1.0×10-3mol/L化合物1儲(chǔ)備液。

實(shí)驗(yàn)儀器主要有：SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵(鞏義市予華儀器有限公司)，ADP31型真空烘箱 (日本yamato公司)，精密烘箱 (DX-400型，日本yamato公司)，RE200型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，ZF-20C暗箱式紫外分析儀(上海寶山顧村電光儀器廠)，LS-55型熒光/磷光/發(fā)光分光光度計(jì)(美國(guó)PerkinElmer公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1 化合物 1 和 2 的合成

化合物1的合成過(guò)程見(jiàn)圖1。中間體化合物2是根據(jù)文獻(xiàn)[9]報(bào)道的方法合成。在50 mL容量瓶中，加入0.456 g(1 mmol)中間體化合物2并用20 mL 無(wú)水乙醇溶解。然后加入 0.159 g(1.5 mmol)3，4-二甲氧基苯甲醛。將混合物加熱回流約8 h后，冷卻溶液，加入20 mL水，有沉淀生成，過(guò)濾并用10 mL體積比為1∶1的水和無(wú)水乙醇的水溶液洗滌3次。減壓干燥后，得到棕色固體。

1.2.2 熒光光譜的測(cè)定

在10 mL容量瓶中加入5.0 mL乙腈、0.5 mL儲(chǔ)備液和一定體積的Cu2＋溶液，用水稀釋至刻度，搖勻，將溶液放置1.5 h后，用1 cm的石英比色皿，以550 nm為激發(fā)波長(zhǎng)，記錄溶液在555～640 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的熒光光譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 熒光光譜

按照1.2.2配制含不同銅離子的溶液，對(duì)化合物1進(jìn)行熒光和紫外光譜測(cè)定。圖2顯示在未加入銅離子時(shí)熒光強(qiáng)度很弱，表明在這種情況下化合物1的螺酰胺環(huán)處于關(guān)閉狀態(tài)[10]。當(dāng)加入Cu2＋后，熒光強(qiáng)度增大，并隨銅離子濃度的增加增大，最大發(fā)射熒光波長(zhǎng)由571 nm紅移到584 nm。溶液由無(wú)色變?yōu)樘壹t色。銅離子濃度在2.8×10-7～2.8×10-5mol/L與熒光強(qiáng)度呈良好的線性關(guān)系。線性回歸方程為ΔF=241.75 C ＋ 1.39 (C 的單位是 10-6mol/L)，相關(guān)系數(shù) R=0.999 4。

圖2 Cu2+與化合物1絡(luò)合物的熒光光譜

圖3 Cu2+與化合物1絡(luò)合物在CH3CN中的紫外吸收

2.2 反應(yīng)時(shí)間的影響

對(duì)含 5 μmol/L 化合物 1 和 28 μmoL/L Cu2＋的10 mL的乙腈溶液(CH3CN/H2O體積比1∶1)，在室溫下測(cè)定熒光強(qiáng)度隨反應(yīng)時(shí)間的變化情況，圖4顯示化合物1與銅離子的反應(yīng)在1.5 h后趨于穩(wěn)定。

2.3 pH 值的影響

介質(zhì)酸度對(duì)化合物1乙腈體系的熒光強(qiáng)度有很大的影響。如圖5所示，在強(qiáng)酸性介質(zhì)中，由于羅丹明的強(qiáng)質(zhì)子化，羅丹明衍生物發(fā)生開(kāi)環(huán)并造成化合物1在555 nm處熒光強(qiáng)度增加。當(dāng)pH值大于5.33時(shí)，溶液變?yōu)闊o(wú)色又幾乎無(wú)熒光，實(shí)驗(yàn)選擇CH3CN/H2O(體積比1∶1)體系進(jìn)行測(cè)試。

圖4 Cu2+和化合物1的絡(luò)合物的熒光強(qiáng)度隨時(shí)間的變化

圖5 pH值對(duì)探針熒光強(qiáng)度的影響

2.4 選擇性研究

將5.0 mL乙腈和0.5 mL化合物1加到10 mL的容量瓶中，然后分別加入2.8×10-6moL/L Na＋，K＋，Ca2＋，Mg2＋，Zn2＋，Ag＋，Cd2＋，Hg2＋，Al3＋，Co2＋，Ni2＋，Pb2＋，F(xiàn)e3＋和 Cu2＋。發(fā)現(xiàn)加入 Cu2＋后溶液立刻變?yōu)榧t色。其他金屬離子對(duì)化合物1影響很弱，該熒光試劑對(duì)銅離子有很高的選擇性(圖6)。

圖6 化合物1的離子選擇性

2.5 化合物1與銅離子的反應(yīng)機(jī)理

根據(jù)文獻(xiàn)[10]推測(cè)，探針與Cu2＋的反應(yīng)機(jī)理應(yīng)該如圖7所示。

圖7 Cu2+與化合物1的反應(yīng)方程式

3 結(jié)論

合成的新型的羅丹明類(lèi)衍生物，作為熒光試劑在乙腈/水溶液中呈現(xiàn)出對(duì)Cu2＋很好的選擇性，可以作為檢測(cè)Cu2＋的化學(xué)傳感器，同時(shí)，利用此性質(zhì)可以建立檢測(cè)羅丹明衍生物的新方法。

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