#化学每日一文# 【热点文章】席夫碱荧光探针的合成及其对三价金属的识别
引用本文:聂梅,汤静洁,黎鹏,等. 席夫碱荧光探针的合成及其对三价金属的识别[J].化学试剂, 2023,45(5):136-141。
DOI: 10.13822 /j.cnki.hxsj.2023.0021
背景介绍
三价金属离子M3+( Al3+、Cr3+、Fe3+、Ce3+)对环境和生物体有重要影响,与人类健康息息相关,建立可靠的方法检测生物和自然环境中的Al3+、Cr3+、Fe3+、Ce3+非常必要。传统检测金属离子的方法需使用大型设备,前处理较繁琐。荧光分子探针具有操作简便、选择性好、成本低、可现场检测、可用于生物体内分析等优点而被广泛应用于各种金属离子的检测。席夫碱合成简单,种类繁多,可设计为识别不同金属离子的荧光分子探针,具有很好的研究价值。
文章亮点
01.报道了一种新型席夫碱荧光探针,该探针首次同时检测Al3+、Cr3+ 、Fe3+、Ce3+四种三价金属,识别的金属离子种类多,选择性高,抗干扰能力强,适用pH范围宽。
02.该探针识别机理新颖,有别于传统金属探针的络合配合机制,该探针的识别机理是席夫碱的亚胺结构在三价金属催化作用下分解,形成可发射荧光的2-氨基蒽,达到识别效果。
03.该探针可负载于试纸条,实现环境中三价金属离子的高选择性测试,具有较好应用前景。
内容介绍
1实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验方法
1.2.1 荧光探针(I)的合成
将96.62 mg(0.5 mmol)2-氨基蒽和91.11 mg(0.5 mmol)对苯基苯甲醛置于Schlenk瓶,氮气保护下加入干燥的1.5 mL DMF,升温至120 ℃,加热搅拌5 h。反应结束后,加入10 mL MeOH沉降0.5 h,抽滤得灰色固体,自然干燥后得到127.45 mg黄色粉末,产率为71.3%。
1.2.2 荧光光谱性能测试
荧光光谱测试条件:室温,石英比色皿,狭缝宽度为2.5 nm,激发波长λex为337 nm,扫描波长范围为400~660 nm。
2结果与讨论
2.1 荧光探针I对离子的选择性识别
为了探讨荧光探针I对离子的识别性能,选择Cu2+、Mn2+、Mg2+、Ca2+、Al3+、Fe3+、Ce3+、Cr3+、Zn2+、Ni2+、K+、Na+、B4O72-、SO32-、PO43-、NO3-、NO2-、CO32-、Br-、HCO3-、CH3COO-、HPO42-、Cl-、SiO32-为研究对象,在3 mL(50 μmol/L)探针溶液(V(THF)∶V(水)=1∶1)中,分别加入 30 μL(10 mmol/L)上述离子水溶液(测试体系中离子浓度为100 μmol/L),10 min后,在激发波长337 nm下,测定荧光光谱。
2.2 荧光探针I的荧光选择性
进一步考察共存离子对探针识别M3+(Al3+、Cr3+、Fe3+和Ce3+)性能的影响。结果如图3所示。在50 μmol/L的探针I溶液(V(THF)∶V(水)=1∶1)中,分别加入不同离子溶液(在体系中浓度为100 μmol/L),再加入同样浓度的Cr3+溶液,分别测定加入Cr3+前后其体系在500 nm处的荧光吸收强度。
2.3 溶液pH对探针I检测M3+的影响
为研究检测过程的最适pH范围,考察了溶液pH对探针I检测M3+(Al3+、Cr3+ 、Fe3+和Ce3+)的影响:测试不同pH值溶液(V(THF)∶V(不同pH的盐酸溶液)=1∶1 )对探针(50 μmol/L)及探针(50 μmol/L)加入M3+(100 μmol/L)荧光强度变化。图4为探针及探针加M3+在500 nm处荧光强度与pH关系曲线图。
2.4 探针I检测M3+的响应时间测试分析
为探究探针I对M3+的响应时间,在浓度为50 μmol/L的探针溶液(V(THF)∶V(水)=1∶1)中,分别加入M3+(100 μmol/L),观察其在500 nm处吸收强度随时间的变化情况。结果如图5所示:加入M3+后荧光强度均迅速增强,Fe3+和Ce3+响应较快,在120 s左右荧光强度达到最大,Al3+和Cr3+响应相对迟缓,在420 s左右趋于平稳。因此,探针I对三价金属的响应时间较快。
2.5 探针I试纸测试
为了实现探针检测的便捷应用,将滤纸裁剪成条状,放入0.5 mmol/L的探针溶液(THF溶液)中浸泡5 min,取出自然风干,得到负载探针I的试纸条。金属(阴)离子在V(THF)∶V(水)=1∶1溶液中浓度为500 μmol/L,分别将试纸在金属(阴)离子溶液中展开10 min,取出后在紫外灯(254 nm)下拍摄滤纸条。结果如图6所示。
2.6 探针I对M3+的识别机理
为了研究探针I对三价金属的识别机理,对探针I+M3+进行了质谱和紫外测试。通过液质联用对反应进行监测,高分辨质谱图为图7a,m/z=194.0961的峰归属于2-氨基蒽加氢产物[C14H11N+H]+(理论值为194.0970),m/z=183.0806的峰归属于对苯基苯甲醛加氢产物[C13H10O+H]+ (理论值为183.0810),由此可知,探针I在三价金属的催化作用下,分解成2-氨基蒽和对苯基苯甲醛。
3结论
以2-氨基蒽和对苯基苯甲醛为原料,通过一步反应合成了席夫碱荧光探针I,合成步骤简单。该探针对三价金属Al3+、Cr3+、Fe3+和Ce3+具有良好的识别效果,pH适用范围宽(5~9),受其他离子干扰较小,只有B4O72-、 SiO32-和CO32-与Ce3+共存时,荧光强度有降低,但仍表现出荧光增强效应。有别于传统金属探针的络合配合机制,该探针的识别机理是席夫碱的亚胺结构在M3+催化作用下分解成可发射荧光的2-氨基蒽,并通过高分辨质谱和紫外光谱进行了验证,同时利用模拟计算的方式,详细分析了探针及响应产物的激发能级变化和旋轨耦合情况,对探针识别响应机制进行了深入探讨。此外,该探针可负载于试纸条,实现环境中三价金属离子的高选择性测试。所制备的席夫碱探针I合成简单,可检测多种三价金属离子,选择性好,抗干扰能力强,具有较好的应用前景。
引用本文:聂梅,汤静洁,黎鹏,等. 席夫碱荧光探针的合成及其对三价金属的识别[J].化学试剂, 2023,45(5):136-141。
DOI: 10.13822 /j.cnki.hxsj.2023.0021
背景介绍
三价金属离子M3+( Al3+、Cr3+、Fe3+、Ce3+)对环境和生物体有重要影响,与人类健康息息相关,建立可靠的方法检测生物和自然环境中的Al3+、Cr3+、Fe3+、Ce3+非常必要。传统检测金属离子的方法需使用大型设备,前处理较繁琐。荧光分子探针具有操作简便、选择性好、成本低、可现场检测、可用于生物体内分析等优点而被广泛应用于各种金属离子的检测。席夫碱合成简单,种类繁多,可设计为识别不同金属离子的荧光分子探针,具有很好的研究价值。
文章亮点
01.报道了一种新型席夫碱荧光探针,该探针首次同时检测Al3+、Cr3+ 、Fe3+、Ce3+四种三价金属,识别的金属离子种类多,选择性高,抗干扰能力强,适用pH范围宽。
02.该探针识别机理新颖,有别于传统金属探针的络合配合机制,该探针的识别机理是席夫碱的亚胺结构在三价金属催化作用下分解,形成可发射荧光的2-氨基蒽,达到识别效果。
03.该探针可负载于试纸条,实现环境中三价金属离子的高选择性测试,具有较好应用前景。
内容介绍
1实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验方法
1.2.1 荧光探针(I)的合成
将96.62 mg(0.5 mmol)2-氨基蒽和91.11 mg(0.5 mmol)对苯基苯甲醛置于Schlenk瓶,氮气保护下加入干燥的1.5 mL DMF,升温至120 ℃,加热搅拌5 h。反应结束后,加入10 mL MeOH沉降0.5 h,抽滤得灰色固体,自然干燥后得到127.45 mg黄色粉末,产率为71.3%。
1.2.2 荧光光谱性能测试
荧光光谱测试条件:室温,石英比色皿,狭缝宽度为2.5 nm,激发波长λex为337 nm,扫描波长范围为400~660 nm。
2结果与讨论
2.1 荧光探针I对离子的选择性识别
为了探讨荧光探针I对离子的识别性能,选择Cu2+、Mn2+、Mg2+、Ca2+、Al3+、Fe3+、Ce3+、Cr3+、Zn2+、Ni2+、K+、Na+、B4O72-、SO32-、PO43-、NO3-、NO2-、CO32-、Br-、HCO3-、CH3COO-、HPO42-、Cl-、SiO32-为研究对象,在3 mL(50 μmol/L)探针溶液(V(THF)∶V(水)=1∶1)中,分别加入 30 μL(10 mmol/L)上述离子水溶液(测试体系中离子浓度为100 μmol/L),10 min后,在激发波长337 nm下,测定荧光光谱。
2.2 荧光探针I的荧光选择性
进一步考察共存离子对探针识别M3+(Al3+、Cr3+、Fe3+和Ce3+)性能的影响。结果如图3所示。在50 μmol/L的探针I溶液(V(THF)∶V(水)=1∶1)中,分别加入不同离子溶液(在体系中浓度为100 μmol/L),再加入同样浓度的Cr3+溶液,分别测定加入Cr3+前后其体系在500 nm处的荧光吸收强度。
2.3 溶液pH对探针I检测M3+的影响
为研究检测过程的最适pH范围,考察了溶液pH对探针I检测M3+(Al3+、Cr3+ 、Fe3+和Ce3+)的影响:测试不同pH值溶液(V(THF)∶V(不同pH的盐酸溶液)=1∶1 )对探针(50 μmol/L)及探针(50 μmol/L)加入M3+(100 μmol/L)荧光强度变化。图4为探针及探针加M3+在500 nm处荧光强度与pH关系曲线图。
2.4 探针I检测M3+的响应时间测试分析
为探究探针I对M3+的响应时间,在浓度为50 μmol/L的探针溶液(V(THF)∶V(水)=1∶1)中,分别加入M3+(100 μmol/L),观察其在500 nm处吸收强度随时间的变化情况。结果如图5所示:加入M3+后荧光强度均迅速增强,Fe3+和Ce3+响应较快,在120 s左右荧光强度达到最大,Al3+和Cr3+响应相对迟缓,在420 s左右趋于平稳。因此,探针I对三价金属的响应时间较快。
2.5 探针I试纸测试
为了实现探针检测的便捷应用,将滤纸裁剪成条状,放入0.5 mmol/L的探针溶液(THF溶液)中浸泡5 min,取出自然风干,得到负载探针I的试纸条。金属(阴)离子在V(THF)∶V(水)=1∶1溶液中浓度为500 μmol/L,分别将试纸在金属(阴)离子溶液中展开10 min,取出后在紫外灯(254 nm)下拍摄滤纸条。结果如图6所示。
2.6 探针I对M3+的识别机理
为了研究探针I对三价金属的识别机理,对探针I+M3+进行了质谱和紫外测试。通过液质联用对反应进行监测,高分辨质谱图为图7a,m/z=194.0961的峰归属于2-氨基蒽加氢产物[C14H11N+H]+(理论值为194.0970),m/z=183.0806的峰归属于对苯基苯甲醛加氢产物[C13H10O+H]+ (理论值为183.0810),由此可知,探针I在三价金属的催化作用下,分解成2-氨基蒽和对苯基苯甲醛。
3结论
以2-氨基蒽和对苯基苯甲醛为原料,通过一步反应合成了席夫碱荧光探针I,合成步骤简单。该探针对三价金属Al3+、Cr3+、Fe3+和Ce3+具有良好的识别效果,pH适用范围宽(5~9),受其他离子干扰较小,只有B4O72-、 SiO32-和CO32-与Ce3+共存时,荧光强度有降低,但仍表现出荧光增强效应。有别于传统金属探针的络合配合机制,该探针的识别机理是席夫碱的亚胺结构在M3+催化作用下分解成可发射荧光的2-氨基蒽,并通过高分辨质谱和紫外光谱进行了验证,同时利用模拟计算的方式,详细分析了探针及响应产物的激发能级变化和旋轨耦合情况,对探针识别响应机制进行了深入探讨。此外,该探针可负载于试纸条,实现环境中三价金属离子的高选择性测试。所制备的席夫碱探针I合成简单,可检测多种三价金属离子,选择性好,抗干扰能力强,具有较好的应用前景。
《知识文库》
基本信息
主办单位:哈尔滨日报报业集团
出版周期:半月
ISSN:1002-2708
CN:23-1111/Z
收稿范围:教育观察,教育纵横,教育探索,知识窗,文化视点,基础教育知识,前沿视角,自由谈,新观点,创新教育知识,新论点,高等教育知识,科教论坛,职业教育知识,教育知识观点,新教育知识文库,教育知识前沿
详情加V:18932636254
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曾用名:中国轻工业(1950-1985), 轻工业经济研究(1986-1994), 中国轻工(1995-2003)
主办单位:中国轻工业联合会主管
国内刊号:CN 11-5052/Z,
国际刊号:ISSN 1672- 5719
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