2-氨基對苯二甲酸熒光傳感器檢測Fe3+

（閩南師范大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，福建 漳州 363000）

鐵是人體必需的微量元素，本身不具有毒性，它參與細(xì)胞色素和其他酶的合成以及氧的運(yùn)輸[1]，但鐵離子的異常會引起血紅蛋白血癥、肝腎損害、糖尿病和心臟病等疾患[2-3]. 考慮到鐵離子在生命和環(huán)境體系中的重要性，開發(fā)選擇性好、靈敏性度高的鐵離子檢測手段具有實際意義[4]. 目前，用于飲用水中痕量 Fe3+檢測的方法主要有原子吸收光譜[5]、電感耦合等離子體質(zhì)譜[6]、電化學(xué)法[7]、化學(xué)發(fā)光法[8]、分光光度法[9]等. 這些方法大都存在儀器昂貴、操作復(fù)雜、維護(hù)繁瑣等缺點，其應(yīng)用受限.

熒光法具有檢測時間短、操作簡單、檢測靈敏度高等優(yōu)勢[6,10]，各種各樣的熒光多孔檢測材料被陸續(xù)研發(fā)與報道 . 由于有機(jī)小分子具有合成簡單、綠色環(huán)保、穩(wěn)定性強(qiáng)、熒光產(chǎn)率高等優(yōu)點，其可作為潛在的熒光傳感器. 2-氨基對苯二甲酸（簡稱 ATA）是一種有機(jī)小分子，能直接從藥劑公司購買，因此利用2-氨基對苯二甲酸檢測Fe3+具有很好的實用性和簡便性，本文采用有機(jī)小分子2-氨基對苯二甲酸作為一種有機(jī)小分子熒光傳感器直接檢測水體中的 Fe3+.

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

UV-1600PC紫外可見分光光度計（上海美譜達(dá)儀器有限公司）；熒光分光光度計ary Edipse（美國Varian公司）；三用紫外分析儀WFH-203B（杭州匯爾儀器設(shè)備有限公司）；Necolet360傅立葉變換紅外光譜儀（美國Necolet儀器公司）.

2-氨基對苯二甲酸（ATA）（分析純 Aldrich chemical reagent Co、LTD）；無水乙醇、氯化鈉、硝酸銅、硫酸鎘、硫酸鋅、氯化汞、氯化錳、硝酸鋁、硝酸鉻、硝酸鉛、硝酸鈷、硝酸銀、硝酸鎳、氯化鉀、硝酸亞鐵、硝酸鐵（實驗所用試劑皆為分析純，西隴化工股份有限公司）.

1.2 ATA檢測液的制備

準(zhǔn)確稱取15 mgATA于裝有1 L去離子水的燒杯中，用保鮮膜密封超聲1 h，使得ATA完全分散于去離子水中，得到配置好的 ATA檢測液（15 m g/L）. 將此溶液放到365 nm的紫外燈下，可以看到明顯的藍(lán)色熒光.

1.3 實驗方法

10 mL不加 Fe3+和加入3100 μmol/L Fe+的 ATA檢測液同時置于紫外燈下進(jìn)行對比、拍照，再用熒光分光光度計檢測其熒光（激發(fā)波長為340 nm，狹縫比為 :5 5，發(fā)射波長為445 nm）.

2 結(jié)果與討論

2.1 ATA熒光檢測3+Fe 的可行性實驗

ATA檢測液在有無 Fe3+存在下的激發(fā)與發(fā)射熒光光譜如圖1-a所示：無 Fe3+時，ATA檢測液的激發(fā)和發(fā)射熒光強(qiáng)度為900；加入 Fe3+后，ATA檢測液的熒光激發(fā)和熒光發(fā)射峰強(qiáng)度（520 nm左右）都明顯減弱. 從圖1-b熒光檢測照片可以看出：在紫外燈下，加入 Fe3+的ATA檢測液熒光現(xiàn)象發(fā)生明顯變化，產(chǎn)生了猝滅效果. 綜上，ATA檢測液對 Fe3+具有熒光猝滅作用.

圖1 ATA檢測液在有無 Fe3+存在下的熒光圖

2.2 ATA檢測金屬離子的選擇性和干擾性

2.2.1 選擇性

為了檢驗 ATA檢測液對 Fe3+檢測的選擇性，在相同的實驗條件下，分別向原檢測液中加入100 μmol/L的 Fe3+、Na+、 Cu2+、 Cd2+、Zn2+、 Hg2+、 Mn2+、 Al3+、 Cr3+、 Pb2+、 Co3+、Ag+、 Ni2+、K+、 Fe2+離子，用熒光分光光度計測其熒光強(qiáng)度. 由圖2可見： Fe3+比其他金屬離子對 ATA檢測液產(chǎn)生了更強(qiáng)的熒光猝滅效果，即其他離子（除了 Cu2+）對ATA檢測液幾乎不產(chǎn)生猝滅效果. 實驗證明了 ATA檢測液對Fe3+檢測的高選擇性.

圖2 ATA檢測原液及其加入不同金屬離子后的熒光光譜圖

2.2.2 干擾性

為了檢驗ATA檢測液在其他金屬離子干擾下檢測 Fe3+的性能，在相同的實驗條件下，向原檢測液中先加入100 μmol/L 的 Na+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Mn2+、Al3+、Cr3+、Pb2+、Co3+、Ag+、 Ni2+、K+、 Fe2+，再加入100 μmol/L Fe3+后進(jìn)行熒光測試實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)并計算其熒光強(qiáng)度（F）和原檢測液的熒光強(qiáng)度（F0）的比值.由圖3的實驗結(jié)果可知，先加入其他不同金屬離子再加入 Fe3+，其F/F0值（0.82～1.0）與直接加入 Fe3+的F/F0（0.4～0.6）的差值約為 0.4，但二體系的熒光強(qiáng)度并沒有很大變化. 這說明 ATA檢測液在其他金屬離子干擾下也可以準(zhǔn)確檢測Fe3+，即在干擾離子的作用下也能夠檢測 Fe3+.

圖3 ATA檢測液在不同金屬離子干擾下檢測Fe3+的效果圖

2.3 ATA檢測 Fe3+的工作曲線和檢測限

為了探究 Fe3+的濃度對 ATA檢測液熒光強(qiáng)度猝滅的影響，向 ATA檢測液中加入不同濃度的Fe3+（0 ～ 120 μmol/L），用熒光分光光度計測其熒光強(qiáng)度，從圖4-a可以看出：ATA的熒光猝滅量隨著 Fe3+濃度的增加而成比例地增大. 不同濃度 Fe3+對F/F0線性關(guān)系見圖4-b，其線性方程：F/F0=1.00073-0.00676C[ Fe3+]，相關(guān)系數(shù)R2= 0.995 47，檢測限為5 μmol/L.

圖4 Fe3+的濃度對ATA檢測液熒光強(qiáng)度猝滅的影響

2.4 ATA檢測 Fe3+機(jī)理的探討

圖5是ATA檢測液和 Fe3+加入到ATA檢測液后的傅立葉紅外圖：1）ATA檢測液在 3 500 cm-1左右尖銳的雙峰可能是–COOH中–OH和 – NH2共同振動產(chǎn)生的，1750 cm-1左右的尖峰代表CO官能團(tuán)，1650～1450 cm-1范圍內(nèi)的多個吸收峰代表苯環(huán)的骨架震動，1 300 cm-1左右的尖峰代表– NH2基團(tuán)的彎曲震動.2）Fe3+加到ATA檢測液后，在 1 600 cm-1、 1 400 cm-1、500 cm-1左右出現(xiàn)明顯的新峰，這可能是 Fe3+與 –COOH上的 O配位，其紅外曲線與 ATA和 Fe3+合成的NH2- M IL- 1 01（ Fe）材料類似[12-14].

通過紅外光譜的分析可以得出，水相中的ATA在常溫下可能會和 Fe3+形成穩(wěn)定的無熒光物質(zhì)，導(dǎo)致熒光猝滅. 而其他金屬離子可能無法在常溫下和ATA形成穩(wěn)定的無熒光物質(zhì). 因此，ATA檢測 Fe3+具有較好的選擇性，且檢測的效果較好.

圖5 有無 Fe3+加入到ATA檢測液中的紅外波譜

3 結(jié)論

本文基于 Fe3+對熒光材料2-氨基對苯二甲酸的猝滅作用，構(gòu)建了一種新穎的熒光傳感器. 通過一系列的熒光實驗，實現(xiàn)了ATA對 Fe3+的快速、簡單檢測，該檢測靈敏性高、選擇性好、抗干擾性強(qiáng)、線性好，檢測范圍為0～120 μmol/L，檢測限為5 μmol/L. 本文結(jié)果為檢測水體中 Fe3+提供了一種操作簡單、檢測靈敏度高的檢測方法，并有望在實際水體檢測中推廣應(yīng)用.