一種新型硫代香豆素類Hg2+熒光探針

蔣　浩　申和躍　常　通　孫小翠　丁　靜

(泰山醫(yī)學(xué)院化工學(xué)院，山東 泰安　271016)

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一種新型硫代香豆素類Hg2+熒光探針

蔣浩申和躍常通孫小翠丁靜

(泰山醫(yī)學(xué)院化工學(xué)院，山東 泰安271016)

目的以香豆素母體為熒光團，設(shè)計合成一種新的Hg2 +熒光探針分子，6-硝基-3(4-甲基)苯基-2-硫代香豆素(TC)。方法在pH=7.4的HEPES緩沖溶液中，測定熒光探針TC及其與Hg2+作用后的紫外-可見及熒光光譜。 結(jié)果Hg2+濃度在1. 00 × 10-7～1. 30 × 10-5mol /L 范圍內(nèi)時，體系的熒光強度F與Hg2+濃度呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)r為0.9972，線性回歸方程F=34.53c+116.3，檢出限為3.12 × 10-8mol /L。結(jié)論該熒光探針TC可作為檢測Hg2+的熒光探針，對于Hg2+有著很好的選擇性及很高的靈敏度。

硫代香豆素；汞離子；熒光探針

Hg2+一種具有較強毒性的環(huán)境污染物之一，被人體吸收后，會引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟以及內(nèi)分泌系統(tǒng)的疾病[1-3]。另外，無機汞被大量釋放到自然環(huán)境中，可通過水生微生物的甲基化將其轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基汞?？梢鹑梭w心血管疾病、失聰、失明甚至死亡[4-5]。因此，開發(fā)響應(yīng)快、高靈敏、高選擇性地檢測Hg2+手段對環(huán)境保護及人類健康具有重大意義。目前，檢測Hg2+的主要主要方法有電化學(xué)法，原子吸收光譜法、電感耦合等離子體-質(zhì)譜法、化學(xué)發(fā)光等[6-8]。熒光光譜法具有靈敏度高方便、選擇性好、操作快速簡便、成本低等優(yōu)點而備受關(guān)注[9-11]。香豆素類化合物由于具有熒光量子產(chǎn)率高、位移大、光穩(wěn)定性好等優(yōu)點，常被用作化學(xué)傳感器中的熒光團或者識別基團，近幾年香豆素類熒光探針的發(fā)展十分迅速。本研究基于脫硫反應(yīng)機理，合成了一種以香豆素母體分子為熒光團的硫代香豆素?zé)晒馓结?-硝基-3(4-甲基)苯基-2-硫代香豆素(TC)，并對其性能進行了研究。實驗表明，探針TC對Hg2+有較好的選擇性和高的靈敏度。

1　 實驗部分

1.1 儀器和試劑UV 2450PC(日本島津)紫外-可見分光光度計；RF-5301 PC(日本島津)熒光分光光度計； pHS-3C 型酸度計。硫代香豆素?zé)晒馓结樆衔颰C儲備液(1 mmol/L)的制備:稱取0. 0285 g探針TC，用乙醇溶解，轉(zhuǎn)移至100 ml容量瓶中，用乙醇定容。使用時適當(dāng)稀釋。Hg2+儲備液( 1 mmol/L ) 的制備: 稱取0. 0318 g Hg( Ac)2溶解于100 ml 3% 硝酸稀溶液中，配成 1 mmol/L的Hg2+儲備液，使用時稀釋至所需濃度。HEPES緩沖溶液的制備:稱取11.916 g HEPES 溶解于400 ml 蒸餾水中，滴加NaOH 水溶液調(diào)節(jié)至pH=7.4，移至500 ml容量瓶中，蒸餾水定容，于4 ℃保存。所用試劑均為分析純，實驗用水為二次蒸餾水。

1.2 探針TC 的合成圖1為硫代香豆素?zé)晒馓结楾C 的合成路線。

圖1　熒光探針TC 的合成

1.2.16-硝基-3(4-甲基)苯基香豆素(化合物1)的合成將對甲基苯乙酸3.881 g，加入到50 ml燒瓶中，量取乙酸酐20 ml，與2-羥基-5-硝基苯甲醛4.509 g于燒瓶中，攪拌使固體溶解完全。加入三乙胺 5 ml，氮氣保護下加熱至流15 h。將反應(yīng)混合液冷卻至室溫，加入40 ml冰水，劇烈攪拌，析出大量固體。抽濾，乙醇重結(jié)晶，得淺黃色固體。產(chǎn)率75%。

1.2.26-硝基-3(4-甲基)苯基-2-硫代香豆素(TC)的合成0.285 g化合物1 和0.365 g勞森試劑于50ml燒瓶中，加入20 ml甲苯，110 ℃回流反應(yīng)8 h，冷卻，過濾，得到黃色固體，產(chǎn)率為47%。

1.3 實驗方法于10 ml 比色管中依次加入1 ml 緩沖溶液(pH =7.4)、1.00 ml 1.00 × 10-4mol/L TC溶液及不同濃度的Hg2+溶液，用水定容至刻度線。搖勻，放置5 min 后測定。實驗中，熒光分光光度計設(shè)置參數(shù)為: λex= 300 nm，λem=401 nm，激發(fā)狹縫寬度為10 nm，發(fā)射狹縫寬度為10 nm。

2　結(jié)果與討論

2.1Hg2+對探針TC的紫外-可見滴定光譜在探針TC濃度為10 μmol/L 的溶液中加入不同量的Hg2+溶液，測定其紫外-可見吸收光譜，如圖2 所示。結(jié)果表明：在沒有加入Hg2+時，探針TC的最大吸收波長為324 nm，隨著Hg2+的不斷加入，探針TC在324 nm處的吸收逐漸降低，而在256 nm處出現(xiàn)一個新的吸收峰，且隨著Hg2+的不斷加入，探針TC在256 nm處的吸收逐漸增強。

圖2　探針TC及加入不同量的Hg2+時的紫外-可見滴定光譜

在pH=7.4的HEPES緩沖溶液中，探針TC濃度為10 μmol/L；c Hg2+( 1～8 ): 0，1.00× 10-7，5. 00 × 10-7，1.00× 10-6，3.00 × 10-6，5.00 × 10-6，7.00 × 10-6，9.00 × 10-6，1.10 × 10-5，1.30 × 10-5mol/L。

2.2Hg2+對探針TC的熒光滴定光譜在探針TC濃度為10 μmol/L 的溶液中加入不同量的Hg2+溶液，測定其熒光光譜，如圖3所示。結(jié)果表明：在沒有加入Hg2+時，探針TC的熒光強度較弱，最大發(fā)射波長為401 nm(λex=300 nm)，隨著Hg2+的加入，探針TC的最大發(fā)射波長發(fā)生了藍移，藍移至387 nm，且隨著Hg2+的濃度增大溶液的熒光強度明顯增強，強度增強約8倍。現(xiàn)象表明：當(dāng)加入Hg2+后，硫代香豆素母體上的硫原子會與Hg2+結(jié)合發(fā)生脫硫反應(yīng)，脫硫反應(yīng)導(dǎo)致氧原子取代了硫原子生成了未被硫代的香豆素，而硫代香豆素的熒光強度要遠低于未被硫代的香豆素，這樣就會使分子的熒光強度增強。

圖3　探針TC及加入不同量的Hg2+時的熒光滴定光譜

在pH=7.4的HEPES緩沖溶液中，探針TC濃度為10 μmol/L；c Hg2+( 1～8 ): 0，1.00×10-7，5. 00×10-7，1.00×10-6，3.00×10-6，5.00×10-6，7.00×10-6，9.00×10-6，1.10×10-5，1.30×10-5mol/L。

2. 3探針的選擇性考察了探針TC對其它金屬離子的選擇性，如圖4所示。結(jié)果表明：K+，Ba2+(100倍)；Pb2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Ag+、Fe3+、Cu2+，Mn2+( 50倍) 對探針的響應(yīng)很小。因此，探針TC對Hg2+有較好的選擇性。

圖4　探針TC對不同金屬離子的熒光選擇性

在pH =7.4的HEPES緩沖溶液中，探針TC濃度為10 μmol/L；λex=300 nm，λem=401nm；1.空白；2. K+；3.Ba2+；4.Pb2+；5.Ni2+；6.Co2+；7.Zn2+；8.Ag+；9.Fe3+；10.Cu2+；11.Mn2+；12.Hg2+。

2. 4工作曲線與檢出限由圖3不同濃度Hg2+對熒光探針熒光強度的影響結(jié)果表明，當(dāng)Hg2+濃度在1. 00×10-7～1. 30×10-5mol/L范圍內(nèi)時，體系的熒光強度F與Hg2+濃度呈良好的線性關(guān)系如圖5所示，相關(guān)系數(shù)r為0. 9972，線性回歸方程F = 34.53c+116.3，式中c為Hg2+的濃度(×10-6mol/L)。檢出限(LOD)由方程式LOD=KS0/S計算，得檢出限為3.12×10-8mol/L。

圖5　Hg2+濃度與體系熒光強度之間的線性關(guān)系

在pH =7.4的HEPES緩沖溶液中，探針TC濃度為10 μmol /L ；λex=300 nm，λem=401 nm。

3　結(jié)　論

本研究設(shè)計合成了一種新型的以香豆素母體分子為熒光團的硫代香豆素?zé)晒馓结?-硝基-3(4-甲基)苯基-2-硫代香豆素(TC)，并對其性能進行了研究。研究發(fā)現(xiàn): Hg2+濃度在1.00×10-7～1.30×10-5mol/L 范圍內(nèi)時，體系的熒光強度F與Hg2+濃度呈良好的線性關(guān)系，檢出限為3.12×10-8mol/L。該熒光探針TC可作為檢測Hg2+的熒光探針，對于Hg2+有著很好的選擇性及很高的靈敏度。

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A thiocoumarin-derived fluorescent probe for detecting Hg2+

JIANG Hao SHEN He-yue CHANG Tong SUN Xiao-cui DING jing

(School of Chemical Engineering , Taishan Medical University, Taian 271016, China)

Objective: To design and synthesise A new thiocoumarin-derived fluorescent probe for Hg2+based on 6-nitro -3 (4- methyl) phenyl -2-thiocoumarin (TC). Methods: In pH=7.4 HEPES buffer solution, the UV-Vis and fluorescence spectroscopy of fluorescence probe TC and TC-Hg2+were determined. Results: There was a good linear relationship between the fluorescence intensity of TC and the concentration of Hg2+in the range of 1.00 × 10-7mol·L-1to 1.30 × 10-5mol·L-1(r=0.9972), regression equation wasF= 34.53c+116.3. The detection limit for Hg2+was 3.12 × 10-8mol·L-1. Conclusion: The probe shows unique selectivity and high sensitivity to Hg2+and it can be used as the fluorescent probe to detect Hg2+.

thiocoumarin derivatives; mercury ion; fluorescent probe

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目，山東省安全生產(chǎn)科技發(fā)展計劃項目。

蔣浩(1993—)，男，山東曲阜人，2012級應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科生。

丁靜，E-mail: dj742122@163.com。

O657.3

A

1004-7115(2016)09-1001-03

10.3969/j.issn.1004-7115.2016.09.011

2016-04-26)