基于芘的熒光探針在銻離子檢測中的應用

摘" 要： 為簡便、高效檢測水環(huán)境中的Sb（Ⅲ），以芘為熒光生色團，設計合成小分子熒光探針Py-P，并證實Py-P的化學結構；測試Py-P的熱穩(wěn)定性、溶劑穩(wěn)定性和機械力穩(wěn)定性，并分析Py-P在二甲基亞砜（DMSO）-H2O混合體系中的發(fā)光行為及其對Sb（Ⅲ）的熒光檢測效果。結果表明：Py-P具有較好的熱穩(wěn)定性，且在不同有機溶劑中、不同機械力作用下，均可保持穩(wěn)定的發(fā)光性能；在DMSO-H2O混合體系中，Py-P呈現出二聚體發(fā)光性能；當體系水含量為70%、Py-P濃度為50 μmol/L時，在Sb（Ⅲ）與Py-P功能基團絡合作用的促進下，Py-P對Sb（Ⅲ）具有最佳的熒光增強檢測效果，熒光增強倍數最高可達12.55，檢測限低至1.29 μmol/L，且檢測過程不受其他常見金屬離子的干擾，具有較好的專一性和選擇性。該研究可為Sb（Ⅲ）檢測熒光探針的開發(fā)提供一定的技術參考。

關鍵詞： 芘；二聚體熒光；Sb（Ⅲ）檢測；熒光增強；絡合作用

中圖分類號： X791

文獻標志碼： A

文章編號： 1673-3851 （2024） 04-0482-10

DOI：10.3969/j.issn.1673-3851（n）.2024.04.008

收稿日期： 2023-12-24" 網絡出版日期：2024-04-12網絡出版日期

基金項目： 浙江理工大學基本科研業(yè)務費“青年創(chuàng)新專項”（23202113-Y）

作者簡介： 盛" 凱（1998—" ），男，內蒙古巴彥淖爾人，碩士研究生，主要從事印染廢水處理方面的研究。

通信作者： 王懿佳，E-mail：wangyijia@zstu.edu.cn

引文格式：盛凱，王懿佳，吳明華，等. 基于芘的熒光探針在銻離子檢測中的應用［J］. 浙江理工大學學報（自然科學），2024，51（4）：482-491.

Reference Format： SHENG Kai， WANG Yijia， WU Minghua， et al. The application of a pyrene-based fluorescent probe in antimony detection［J］. Journal of Zhejiang Sci-Tech University，2024，51（4）：482-491.

The application of a pyrene-based fluorescent probe in antimony detection

SHENG Kaia， WANG Yijiab，c，d， WU Minghuab，c，d， WANG Lilib，c，d， YU Deyoub，c，d

（a.College of Textile Science and Engineering （International Institute of Silk）; b.Engineering Research Center for Eco-Dyeing amp; Finishing of Textiles， Ministry of Education; c.Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology， Ministry of Education; d.Zhejiang Provincial Engineering Research Center for Green and Low-Carbon Dyeing amp; Finishing， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract： Py-P， a simple fluorescent probe， was designed and synthesized by using pyrene as fluorogen to achieve the simple and efficient detection of Sb（Ⅲ）. The chemical structure of Py-P was confirmed， its thermal stability， solvent stability， and mechanical stability were tested， its fluorescent property in the mixtures of DMSO and H2O were characterized， and its fluorescent response to Sb（Ⅲ） was investigated. The results showed that， Py-P presented good thermal stability， and its luminescence performance could be maintained in different organic solvents as well as under mechanical forces. In the mixtures of DMSO and H2O， Py-P could emit excimer fluorescence. When the water fraction of the mixture was 70%， and the concentration of Py-P was 50 μmol/L， Py-P displayed the optimal enhanced fluorescent response to Sb（Ⅲ） owing to the coordination between Sb （Ⅲ） and the functional group of Py-P， with the highest emission enhancement reaching 12.55， and the lowest detection limit being 1.29 μmol/L. What′s more， the detection process was not influenced by other kind of cations， indicating its good selectivity and specificity. This study can provide some technical reference for the development of fluorescence probes for Sb（Ⅲ） detection.

Key words： pyrene; dimer fluorescence; Sb（Ⅲ） detection; fluorescent enhancement; coordination

0" 引" 言

銻及其化合物作為催化劑和整理助劑在聚酯制備和聚酯整理等領域得到了廣泛應用［1-4］。然而，三價銻離子Sb（Ⅲ）是一種有毒的金屬離子，在染整過程中隨印染廢水排放到自然水體中，對水污染的控制和治理帶來了挑戰(zhàn)［5-6］。據中國工業(yè)廢水的排放要求，Sb（Ⅲ）的排放濃度上限為0.005 mg/L，水體中過高濃度的Sb（Ⅲ）會嚴重危害周邊生物的生命健康［7-8］。因此，實現Sb（Ⅲ）濃度的有效檢測，對控制印染廢水Sb（Ⅲ）污染、保障生態(tài)環(huán)境具有重大意義。

目前，已報道的氫化物/蒸氣發(fā)生原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質譜法、極譜法等方法均具有較好的Sb（Ⅲ）檢測效果，可實現對低濃度Sb（Ⅲ）的靈敏檢測［9-12］。然而，這些測試方法均需使用大型儀器，在Sb（Ⅲ）的實際檢測中存在一定的局限性，如測試價格昂貴、測試步驟繁瑣、無法實現對Sb（Ⅲ）的實時檢測等。近年來，熒光法作為一種新興的檢測方法，具有靈敏度高、選擇性好、可實現可視化檢測等優(yōu)點［13-14］，已被逐漸應用于Sb（Ⅲ）的檢測中。

Sb（Ⅲ）的熒光檢測通過熒光檢測材料實現，根據材料的組成和結構可分為熒光復合材料和小分子熒光探針2類。已報道的Sb（Ⅲ）檢測熒光復合材料有4種，分別為熒光量子點［15］、熒光納米粒子［16］、熒光納米線［17］和綠色熒光蛋白［18］，它們均對Sb（Ⅲ）具有出色的熒光檢測效果，但這些材料的結構都比較復雜，制備過程較為繁瑣、制備周期較長，在一定程度上限制了應用范圍。相比之下，小分子熒光探針結構簡單、更易合成，且同樣具有優(yōu)異的發(fā)光性能，有望在Sb（Ⅲ）的熒光檢測中實現廣泛應用。

目前已報道的小分子Sb（Ⅲ）檢測熒光探針尚不超過10種，且它們的Sb（Ⅲ）熒光檢測效果還有待提升。Wei等［19］和Qureshi等［20］分別報道了以熒光酮和萘為熒光生色團的熒光探針，實現了對Sb（Ⅲ）的熒光檢測，但它們都是熒光猝滅型探針，檢測體系的熒光強度隨Sb（Ⅲ）濃度的增加而下降，檢測靈敏度和可視化效果不佳。Topa-Skwarczyńska等［21］報道了一種以二苯基吡啶為熒光生色團的Sb（Ⅲ）熒光探針，可實現對Sb（Ⅲ）的熒光增強型響應，但它對其他金屬離子同樣存在熒光響應，無法實現Sb（Ⅲ）檢測的專一性。本課題組在前期工作中，報道了一種以四苯基乙烯為熒光生色團的Sb（Ⅲ）熒光探針，同樣對Sb（Ⅲ）具有熒光增強型響應效果，且表現出較好的檢測靈敏度和專一性［22］；然而，該熒光探針對Sb（Ⅲ）的熒光響應通過四苯基乙烯的聚集誘導發(fā)光性能以及熒光探針N、O原子與Sb（Ⅲ）的絡合作用實現，在檢測過程中，熒光探針的聚集程度不可控，檢測體系的熒光增強倍數與Sb（Ⅲ）濃度的線性相關性不佳，難以實現對Sb（Ⅲ）的定量檢測。因此，為實現對Sb（Ⅲ）的熒光增強型定量檢測效果，需篩選理想的熒光生色團，設計合成新的Sb（Ⅲ）檢測熒光探針。

芘是一種具有特殊二聚體發(fā)光性能的熒光生色團，在外界條件驅動下，芘及其衍生物可通過堆疊的方式形成二聚體，產生二聚體發(fā)光，具有發(fā)光性能穩(wěn)定、聚集過程可控等優(yōu)點［23］。芘衍生物的單分子發(fā)光行為與二聚體發(fā)光行為存在明顯區(qū)別，通常情況下，芘衍生物的單分子發(fā)光波長相對較短，且其發(fā)射峰存在明顯的精細結構；而其二聚體發(fā)光波長相對較長，且其發(fā)射峰通常為一個沒有精細結構的寬峰［24］。這一差異可借助熒光光譜儀，甚至利用肉眼在紫外燈照射下即可直接觀察，已被廣泛應用于重金屬離子的定量熒光檢測［25-26］。由此可見，以芘為熒光生色團，修飾具有Sb（Ⅲ）絡合性能的功能基團，制備Sb（Ⅲ）檢測熒光探針，有望進一步提升Sb（Ⅲ）的熒光檢測效果，實現對Sb（Ⅲ）的熒光增強型定量檢測。

本文以芘為熒光生色團，采用2-氨基-4-甲基苯酚為功能基團，合成熒光探針Py-P。表征Py-P的化學結構，測試Py-P的熱穩(wěn)定性、溶劑穩(wěn)定性和機械力穩(wěn)定性，研究Py-P在DMSO-H2O混合體系中的二聚體發(fā)光性能，并探究它對Sb（Ⅲ）的熒光檢測效果。該研究可為開發(fā)印染廢水中Sb（Ⅲ）的簡單、高效檢測技術提供一定的參考。

1" 實驗部分

1.1" 材料與儀器

材料：色譜純DMSO購自北京百靈威科技有限公司購買，1-芘甲醛、2-氨基-4-甲基苯酚、酒石酸銻鉀、乙醇、甲醇、二氯甲烷、四氫呋喃和乙酸乙酯等購自上海泰坦科技股份有限公司購買。

儀器：核磁共振波譜儀（AVANCE 400M，布魯克科技有限公司）、傅里葉紅外光譜儀（Nicolet Is20，賽默飛世爾科技中國有限公司）、高分辨質譜儀（Q Exactive，賽默飛世爾科技中國有限公司）、差示掃描量熱儀（DSC，Q200，美國TA公司）、熱重分析儀（TGA，Q500，美國TA公司）和熒光分光光度計（RF-5301PC，日本島津公司）。

1.2" 熒光探針的合成

Py-P的合成路線如圖1所示，具體方法如下：將1.00 g 1-芘甲醛和0.59 g 2-氨基-4-甲基苯酚溶解在50 mL乙醇中，加熱至90 ℃，攪拌3 h，趁熱抽濾，用乙醇洗滌濾渣，45 ℃下真空干燥，得到0.88 g產物。該產物為橙黃色固體，產率60.28%。

1.3" 測試與表征

1.3.1" 化學結構表征

以氘代氯仿為溶劑配制1-芘甲醛和Py-P溶液，以氘代DMSO為溶劑配制2-氨基-4-甲基苯酚溶液，采用核磁共振波譜儀測試樣品的核磁氫譜和核磁碳譜；

以二氯甲烷為溶劑配制1-芘甲醛、2-氨基-4-甲基苯酚和Py-P溶液，分別滴于溴化鉀鹽片中央，烘干溶劑后，采用傅里葉紅外光譜儀測試樣品的紅外光譜；

以色譜純二氯甲烷為溶液配制Py-P溶液，以ESI為離子源，采用高分辨質譜儀測試樣品的高分辨質譜（正離子譜）。

1.3.2" Py-P發(fā)光性能測試

Py-P液體樣品發(fā)光性能測試：稱3.30 mg Py-P分子，溶于20 mL色譜純DMSO，得到500 mmol/L Py-P母液。將所得母液與H2O和金屬離子溶液根據樣品測試要求按不同比例混合，配制測試樣，以400 nm為激發(fā)光源，采用熒光分光光度計測試樣品的熒光光譜。

Py-P粉末樣品發(fā)光性能測試：稱50 mg Py-P粉末，在研缽中研磨，得到Py-P的研磨樣品；取30 mg 研磨樣品，用二氯甲烷熏蒸，得到Py-P的溶劑熏蒸樣品。以400 nm為激發(fā)光源，采用熒光分光光度計測試Py-P的研磨樣品、Py-P的溶劑熏蒸樣品和未經處理的Py-P粉末樣品的熒光光譜。

2" 結果與討論

2.1" 熒光探針的結構表征

圖2為反應原料1-芘甲醛、2-氨基-4-甲基苯酚和產物Py-P的核磁氫譜圖。由圖2（a）可知，原料1-芘甲醛的核磁氫譜中，醛基上氫原子Ha的信號峰位于10.81 ppm，其余信號峰均對應于芘基元上的氫原子。由圖2（b）可知，原料2-氨基-4-甲基苯酚的核磁氫譜中，羥基上氫原子Ha的信號峰位于8.68 ppm，氨基上氫原子Hb的信號峰位于4.39 ppm，甲基上氫原子Hc的信號峰位于2.08 ppm，其余信號峰均對應于苯環(huán)上的氫原子。由圖2（c）可知，產物Py-P的核磁氫譜中，原料1-芘甲醛醛基上的氫原子和原料2-氨基-4-甲基苯酚氨基上的氫原子所對應的信號峰消失，說明產物中沒有未反應的原料存在；在化學位移為9.64 ppm處出現了對應于—CHN—鍵中氫原子Ha的信號峰，說明兩種原料通過醛基與氨基發(fā)生了席夫堿反應。圖2（c）中，化學位移為8.80～8.77、8.73～8.70、8.22～8.10 ppm和8.06～8.00 ppm的4組信號峰分別對應于Py-P芘基元上的氫原子Hb、Hc、Hd和He；化學位移為7.28～7.26、7.07～7.05、7.00～6.96 ppm的3組信號峰分別對應于Py-P功能基團苯環(huán)結構上的氫原子Hf、Hg、Hh，化學位移為2.39 ppm的信號峰對應于Py-P甲基上的氫原子Hi，化學位移為1.58 ppm的信號峰對應于Py-P羥基的氫原子Hj。經積分處理，對應于Ha～Hj的信號峰的積分面積的比例為1.00∶0.99∶0.99∶5.00∶2.10∶0.96∶0.96∶2.96∶0.90，符合Py-P分子結構中相應氫原子個數的比例。除了星號標識的溶劑信號峰之外，產物的核磁譜圖中所有信號峰均可與Py-P分子結構中的氫原子對應，且沒有其他信號峰的出現，證明了Py-P的純度以及結構準確性。

圖3為產物Py-P在氘代氯仿中的核磁碳譜圖。從圖3中可以看出，分子結構中—CHN—鍵碳原子Ca的信號峰出現在154.80 ppm，甲基碳原子Cb的信號峰位于20.95 ppm，證實1-芘甲醛與2-氨基-4-甲基苯酚間發(fā)生了席夫堿反應，上述信號峰與Py-P的化學結構相符，驗證了Py-P結構的準確性。

圖4為反應原料1-芘甲醛、2-氨基-4-甲基苯酚和產物Py-P的紅外光譜圖。原料1-芘甲醛的紅外光譜圖中，位于1680 cm-1處的信號峰為醛基上碳氧雙鍵的伸縮振動峰。原料2-氨基-4-甲基苯酚的紅外光譜圖中，位于3371 cm-1處和3304 cm-1處的信號峰分別為酚羥基和氨基的伸縮振動峰，位于2943 cm-1處的信號峰甲基的伸縮振動峰。產物Py-P的紅外光譜圖中，歸屬于原料的醛基碳氧雙鍵和氨基的伸縮振動峰消失，且在1578 cm-1處新出現了歸屬于—CN—鍵的伸縮振動峰，證明了產物中席夫堿結構的生成。此外，產物Py-P的紅外光譜中圖，可明顯觀察到歸屬于酚羥基的伸縮振動峰（位于3410 cm-1）和甲基的伸縮振動峰（位于2921 cm-1），進一步證明Py-P合成成功。

為了進一步證明熒光探針Py-P化學結構的準確性及其純度，測試了它的高分辨質譜。Py-P的理論分子質量為335.13，則在高分辨質譜圖（正離子譜）中，其信號峰應位于336.13處。Py-P的高分辨質譜（正離子譜）如圖5所示，其中位于336.13760的強信號峰即為熒光探針Py-P的信號峰。與Py-P的理論分子質量相比，該信號峰對應的分子質量精確到了0.01，進一步從分子質量的角度證明了所制得熒光探針Py-P的結構準確性。此外，在該高分辨質譜圖中并未觀察到反應原料醛基芘的信號峰（理論上位于231.07）和2-氨基-4-甲基苯酚的信號峰（理論上位于124.07），也未觀察到其他信號峰，證明了所制得熒光探針Py-P的高純度。

2.2" 熒光探針的穩(wěn)定性

熒光探針在不同物理化學環(huán)境下的穩(wěn)定性會影響其應用范圍，因此在進行Sb（Ⅲ）熒光檢測之前，首先分析了Py-P的熱穩(wěn)定性、溶劑穩(wěn)定性和機械力穩(wěn)定性。Py-P的熱穩(wěn)定性通過TGA和DSC測得，結果如圖6所示。圖6顯示：Py-P的熱熔融溫度為202 ℃，加熱溫度不高于260 ℃時，Py-P沒有明顯失重；加熱溫度為260～390 ℃時，Py-P出現第一階段的分解，其重量保持率降至20%左右；加熱溫度達到500 ℃以上時，Py-P出現第二階段的分解，并在640 ℃時被徹底熱解，Py-P的重量保持率為95％時，測試體系的加熱溫度為265 ℃。以上結果表明，Py-P具有較好的熱穩(wěn)定性，可在溫度不高于200 ℃的體系中保持穩(wěn)定。

為避免熒光探針應用過程中受其他溶劑及外加機械力的影響，測試了Py-P的溶劑穩(wěn)定性和機械力穩(wěn)定性。在低級性溶劑甲苯、中等極性溶劑二氯甲烷和強極性溶劑甲醇、四氫呋喃中，Py-P呈現出穩(wěn)定的熒光發(fā)射，其熒光光譜形狀相似、最大熒光發(fā)射波長的變化范圍不超過20 nm（433～453 nm），表現出較好的溶劑穩(wěn)定性（見圖7（a））。圖7（b）表明：在機械力研磨的情況下，Py-P粉末的發(fā)射波長從未處理的536 nm輕微藍移至529 nm，在二氯甲烷熏蒸下，發(fā)射波長恢復至531 nm，Py-P粉末的熒光光譜曲線始終保持形狀一致，最大熒光發(fā)射波長的變化不超過10 nm，表現出極好的機械力穩(wěn)定性。

2.3" 熒光探針的發(fā)光性能

選擇DMSO為Py-P的良溶劑，水為Py-P的不良溶劑，在兩者的混合體系中觀察Py-P的發(fā)光行為。Py-P在不同水含量混合體系中的熒光光譜如圖8（a）所示。圖8（a）表明：混合體系中水含量較低時，樣品無明顯的熒光發(fā)射峰，既觀察不到Py-P二聚體的熒光發(fā)射峰，也觀察不到Py-P的單分子熒光發(fā)射峰。這是因為此時Py-P在體系中溶解性較好，處于單分子狀態(tài)，Py-P二聚體尚未形成，且由于樣品的激發(fā)波長為400 nm，Py-P單分子發(fā)光波長并未在光譜的信號接收范圍內。當混合體系的水含量從20％逐漸增加至60％時，熒光光譜中位于約465 nm的信號峰強度逐漸增強，這一熒光信號峰為沒有精細結構的寬峰，根據文獻報道，可歸屬于芘衍生物的二聚體發(fā)光［24］，說明隨著水含量的增加，Py-P在體系中的溶解度逐漸下降，分子間相互靠近，Py-P二聚體逐漸形成。當水含量繼續(xù)上升時，樣品的發(fā)光強度發(fā)生顯著下降，這是由于水為Py-P的不良溶劑，在高水含量下，Py-P在體系中的溶解性急劇下降，分子從形成二聚體向發(fā)生π-π堆積轉變，消耗了其激發(fā)態(tài)能量。Py-P在不同水含量混合體系中的熒光強度如圖8（b）所示，從圖8（b）中可直接觀察到Py-P熒光強度隨檢測體系水含量的提升先增強后下降的變化趨勢。

Py-P的濃度是影響其二聚體形成的另一個重要因素。水含量為60％的體系中，Py-P在465 nm處的二聚體熒光強度隨濃度的變化趨勢如圖8（c）所示。圖8（c）表明：當Py-P濃度為較低的10 μmol/L時，樣品已具有較強的二聚體熒光發(fā)射，這是由于體系中的水含量較高，此時Py-P分子已處于聚集狀態(tài)。隨著Py-P分子濃度的增加，樣品的二聚體發(fā)光強度表現出顯著差異。Py-P濃度不高于20 μmol/L時，樣品熒光強度隨濃度增加而增強，說明在此濃度區(qū)間內，Py-P分子的聚集程度隨濃度增加而逐漸提升，Py-P二聚體逐漸形成。而Py-P濃度高于20 μmol/L時，樣品的熒光強度陡然下降，說明在此濃度區(qū)間內，過多的Py-P分子會產生π-π堆積，導致熒光猝滅。

2.4" 熒光探針的Sb（Ⅲ）檢測性能

Py-P對Sb（Ⅲ）的熒光檢測同樣在DMSO-H2O混合體系中進行。根據Py-P在DMSO-H2O混合體系中的發(fā)光行為，首先篩選了檢測體系的理想水含量及Py-P濃度。圖9為不同體系水含量和熒光探針濃度下，熒光探針對0.10 mmol/L Sb（Ⅲ）的熒光增強倍數。圖9（a）表明：在水含量為50%～90%的體系中，濃度為50 μmol/L的Py-P對0.10 mmol/L Sb（Ⅲ）的熒光增強倍數分別為4.30、3.29、12.55、7.24和4.91，總體呈現先增加后減少的趨勢，且在水含量為70%時達到最高，因此優(yōu)選70%為檢測體系的最佳水含量。圖9（b）表明：在水含量為70%的體系中，濃度為25 μmol/L～100 μmol/L的Py-P對0.10 mmol/L Sb（Ⅲ）的熒光增強倍數分別為4.69、12.55、8.54和4.63，同樣表現出先增后減的趨勢，并在Py-P濃度為50 μmol/L時達到最佳，因此優(yōu)選50 μmol/L為檢測體系的最佳Py-P濃度。以上結果可解釋為：水含量過低或探針濃度過低時，Py-P在混合體系中溶解性較好，Sb（Ⅲ）的加入對Py-P二聚體形成的促進有限；水含量過高或探針濃度過高時，Py-P在混合體系中聚集加劇，阻礙其與Sb（Ⅲ）的絡合，影響檢測效果。

確定最佳檢測體系后，在水含量為70%、Py-P濃度為50 μmol/L的體系中分別加入不同濃度的Sb（Ⅲ），以研究熒光探針Py-P對Sb（Ⅲ）的熒光檢測效果，結果如圖10所示。圖10（a）表明：Py-P對較低濃度的Sb（Ⅲ）即可表現出較好的熒光響應，樣品位于465 nm的二聚體熒光發(fā)射峰明顯增強。取熒光探針Py-P與不同濃度Sb（Ⅲ）的混合溶液在465 nm處的熒光強度，將其與熒光探針Py-P在465 nm處的熒光強度比較，得到不同Sb（Ⅲ）濃度下Py-P的熒光增強倍數，結果如圖10（b）所示。圖10（b）表明：當Sb（Ⅲ）濃度從0 mmol/L增加至0.10 mmol/L時，Py-P的熒光增強倍數逐漸增加至12.55。當Sb（Ⅲ）濃度繼續(xù)提升至0.50 mmol/L時，Py-P的熒光增強倍數達到飽和，基本保持不變。當Sb（Ⅲ）濃度為0～0.10 mmol/L時，以Sb（Ⅲ）濃度為橫坐標，以熒光探針Py-P的熒光增強倍數為縱坐標進行直線擬合，結果如圖10（c）所示。圖10（c）表明：Py-P的熒光增強倍數與Sb（Ⅲ）濃度呈良好的線性關系，兩者關系符合方程Y=123.39 X+0.0112，R2高達0.99958，說明在此Sb（Ⅲ）濃度區(qū)間內，熒光探針Py-P可實現對Sb（Ⅲ）的定量檢測。經計算，這一檢測體系中，Py-P對Sb（Ⅲ）的檢測濃度下限為1.29 μmol/L，表現出極高的靈敏度。

熒光探針Py-P與不同濃度Sb（Ⅲ）的混合溶液在日光下和紫外燈下的數碼照片如圖10（b）的插圖所示，當Sb（Ⅲ）濃度為0 mmol/L時，熒光探針Py-P在水含量為70%的混合體系中為淺黃色溶液，發(fā)射出微弱的藍色熒光。當Sb（Ⅲ）濃度逐漸增加到0.10 mmol/L，混合體系的顏色沒有出現明顯變化，仍為淺黃色溶液，但其藍色熒光顯著增強，這一變化趨勢與熒光光譜儀記錄的數據一致，為Py-P對不同濃度Sb（Ⅲ）的熒光檢測效果提供了直觀體現。

Py-P對Sb（Ⅲ）優(yōu)異的熒光響應源于Sb（Ⅲ）的加入對Py-P二聚體形成速度的影響。Sb（Ⅲ）的加入對Py-P熒光光譜隨時間變化趨勢的影響如圖11所示，從圖中可以看出：在水含量為70%的DMSO-H2O體系中，只有熒光探針Py-P存在時，體系位于465 nm左右的Py-P二聚體熒光發(fā)射峰隨著時間的延長逐漸增強，并最終達到飽和。這說明在分子溶解性的影響以及分子間相互作用力的驅動下，Py-P二聚體逐漸形成，并發(fā)射二聚體熒光。但由于此時，Py-P分子間的相互作用力主要為分子間氫鍵及范德華力，因此Py-P二聚體的形成速度v0較慢，檢測體系的熒光增強速度也較為緩慢。向該混合體系中加入濃度為0.10 mmol/L的Sb（Ⅲ）后，體系的二聚體熒光發(fā)射峰瞬間增強至接近飽和的狀態(tài)，說明在此狀態(tài)下，Py-P二聚體的形成速度v1加快，檢測體系的熒光增強速度顯著提升。這是由于體系中有Sb（Ⅲ）存在時，熒光探針Py-P中功能基團上的N、O原子可與Sb（Ⅲ）絡合［15，22，27］，為Py-P二聚體的形成提供新的驅動力，增強混合體系中Py-P的分子間作用力，加速Py-P二聚體的形成，實現檢測體系熒光強度的增強（見圖12所示）。正是這種Sb（Ⅲ）的加入對Py-P二聚體形成速度的影響，促成了熒光探針Py-P對Sb（Ⅲ）的熒光增強型檢測效果。

為了分析Py-P對Sb（Ⅲ）熒光檢測的專一性，檢測了Py-P對其他常見金屬離子的熒光響應效果，結果如圖13（a）所示。由圖13（a）可知，Py-P在含有Zn（Ⅱ）、Fe（Ⅱ）、K（I）、Na（I）、Mg（Ⅱ）、Ca（Ⅱ）的溶液中的熒光光譜與其自身熒光光譜保持一致，Sb（Ⅲ）的加入可使Py-P的二聚體發(fā)光增強，表明Py-P對其他金屬離子均不存在熒光響應，即其Sb（Ⅲ）檢測具有專一性。

在Py-P對Sb（Ⅲ）的檢測體系中，其他金屬離子的存在可能影響Py-P對Sb（III）的熒光檢測效果。為了探究這一現象，在Py-P與Sb（Ⅲ）的混合體系中分別加入其他常見金屬離子，并測試混合體系的熒光增強倍數，結果如圖13（b）所示。圖13（b）表明，所有樣品的熒光增強倍數均與Py-P和Sb（Ⅲ）的混合體系保持一致，說明Py-P對Sb（Ⅲ）的檢測基本不受以上金屬離子的影響，具有較好的選擇性。由于印染廢水中通常有這些金屬離子存在，以上測試結果也預示著Py-P在印染廢水Sb（Ⅲ）檢測中的可行性。

3" 結" 論

本文以芘為熒光生色團，通過1-芘甲醛與2-氨基-4-甲基苯酚的一步反應，簡單、高效地合成了小分子熒光探針Py-P，驗證了它的化學結構，并將其應用于Sb（Ⅲ）的熒光檢測，主要結論如下：

a）制得的熒光探針Py-P熱穩(wěn)定性好，在常見有機溶劑中、在機械力作用下，Py-P均可保持穩(wěn)定的發(fā)光性能。

b）在DMSO-H2O體系中，水含量不高于60%時，隨著水含量的增加，Py-P二聚體逐漸形成，并發(fā)射二聚體熒光；水含量高于60%時，熒光猝滅。

c）DMSO-H2O混合體系的水含量為70%、Py-P濃度為50 μmol/L時，熒光探針Py-P對Sb（Ⅲ）具有最佳的熒光增強檢測效果，其熒光增強倍數最高可達12.55；Sb（Ⅲ）濃度為0～0.10 mmol/L時，Py-P的熒光增強倍數與Sb（Ⅲ）濃度呈線性關系，檢測限低至1.29 μmol/L。

d）Py-P對Sb（Ⅲ）的檢測具有較好的專一性和選擇性，有望實現在印染廢水Sb（Ⅲ）熒光檢測中的應用。

參考文獻：

［1］Herath I， Vithanage M， Bundschuh J. Antimony as a global dilemma： Geochemistry， mobility， fate and transport［J］. Environmental Pollution， 2017， 223： 545-559.

［2］Jiang J B， Materna K L，Hedstrm S， et al. Molecular antimony complexes for electrocatalysis： Activity of a main group element in proton reduction［J］. Angewandte Chemie International Edition， 2017， 56（31）： 9111-9115.

［3］Boreiko C J， Rossman T G. Antimony and its compounds： Health impacts related to pulmonary toxicity， cancer， and genotoxicity［J］. Toxicology and Applied Pharmacology， 2020， 403：115156.

［4］Long X J， Wang X， Guo X J， et al. A review of removal technology for antimony in aqueous solution［J］. Journal of Environmental Sciences， 2020， 90：189-204.

［5］Poon R， Chu I， Lecavalier P， et al. Effects of antimony on rats following 90-day exposure via drinking water［J］. Food and Chemical Toxicology， 1998， 36（1）：21-35.

［6］Rivas R E， Lpez-García I， Hernndez-Crdoba M. Speciation of very low amounts of arsenic and antimony in waters using dispersive liquid-liquid microextraction and electrothermal atomic absorption spectrometry［J］. Spectrochimica Acta Part B Atomic Spectroscopy， 2009， 64（4）：329-333.

［7］Tang H Y， Meng G Y， Xiang J Q， et al. Toxic effects of antimony in plants： Reasons and remediation possibilities： A review and future prospects［J］. Frontiers in Plant Science， 2022， 13： 1011945.

［8］Li M H， Liu Y B， Shen C S， et al. One-step Sb（Ⅲ） decontamination using a bifunctional photoelectrochemical filter［J］. Journal of Hazardous Materials， 2020， 389：121840.

［9］Malik L A， Bashir A， Qureashi A， et al. Detection and removal of heavy metal ions： A review［J］. Environmental Chemistry Letters， 2019， 17（4）：1495-1521.

［10］Liu D Y， Zhu F， Ji W L， et al. Determination of trace inorganic antimony in PET-bottled soy sauce by ion chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry［J］. Microchemical Journal， 2019， 151：104257.

［11］Paktsevanidou I P， Manousi N， Zachariadis G A. Development and validation of an inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry （ICP-AES） method for trace element determination in vinegar［J］. Analytical Letters， 2020， 54（13）：2227-2238.

［12］Masac J， Machynak L， Lovic J， et al. On-line electrochemical preconcentration and electrochemical hydride generation for determination of antimony by high-resolution continuum source atomic absorption spectrometry［J］. Talanta， 2021， 223：121767.

［13］Wang T S， Zhang N， Bai W， et al. Fluorescent chemosensors based on conjugated polymers with N-heterocyclic moieties： two decades of progress［J］. Polymer Chemistry， 2020， 11（18）：3095-3114.

［14］Park S H， Kwon N， Lee J H， et al. Synthetic ratiometric fluorescent probes for detection of ions［J］. Chemical Society Reviews， 2020， 49（1）：143-179.

［15］Ge S G， Zhang C C， Zhu Y N， et al. BSA activated CdTe quantum dot nanosensor for antimony ion detection［J］. The Analyst， 2010， 135（1）：111-115.

［16］Berlina A N， Komova N S， Zherdev A V， et al. Colorimetric technique for antimony detection based on the use of gold nanoparticles conjugated with poly-A oligonucleotide［J］. Applied Science， 2019， 9：4782.

［17］Mahmoud W E. Synthesis and characterization of 2A-3SHPA decorated ZnS@CdS core-shell heterostructure nanowires as a fluorescence probe for antimony ions detection［J］. Sensors and Actuators B Chemical， 2017， 238：1001-1007.

［18］Liao V H C， Ou K L. Development and testing of a green fluorescent protein-based bacterial biosensor for measuring bioavailable arsenic in contaminated groundwater samples［J］. Environmental Toxicology and Chemistry， 2005， 24（7）：1624-1631.

［19］Wei Q， Yang J H， Zhang Y， et al. Determination of antimony（Ⅲ） in environmental water samples in microemulsion system by the fluorescence quenching method［J］. Talanta， 2002， 58（3）：419-426.

［20］Qureshi N， Ehtisham-ul-Haque S， Abbas M， et al. Synthesis of fluorescent di-dansyl substituted ethoxy compound： A selective sensor for antimony and thallium metals detection［J］. Journal of Materials Research and Technology， 2019， 8（1）：1576-1580.

［21］Topa-Skwarczyńska M， Szymaszek P， Fiedor P， et al. Pyridine derivatives as candidates for selective and sensitive fluorescent biosensors for lung cancer cell imaging and iron ions detection［J］. Dyes and Pigments， 2022， 200：110171.

［22］黃圓松， 王懿佳， 王莉莉， 等. 具有聚集誘導發(fā)光性能的銻離子檢測熒光探針的合成與應用［J］. 浙江理工大學學報（自然科學版）， 2020， 43（4）：449-456.

［23］Hu Y， Guo S M， Peng J Q， et al. Ratiometric pyrene-based fluorescent sensor for on-site monitoring of formaldehyde in foods and living cells［J］. Sensors and Actuators： B. Chemical， 2023， 392：134064.

［24］Zhu G H， Yu T J， Chen J P， et al. Dipyrene-terminated oligosilanes enable ratiometric fluorescence response in polymers toward mechano- and thermo-stimuli［J］. ACS Applied Material Interfaces， 2023， 15（8）：11033-11041.

［25］Kowser Z， Rayhan U， Akther T， et al. A brief review on novel pyrene based fluorometric and colorimetric chemosensors for the detection of Cu2+［J］. Materials Chemistry Frontiers， 2021， 5（5）：2173-2200.

［26］Ayyavoo K， Velusamy P. Pyrene based materials as fluorescent probes in chemical and biological fields［J］. New Journal of Chemistry， 2021， 45（25）： 10997-11017.

［27］Mohammed M R， Tahir A S， Reda M E， et al. Fabrication of Sb3+ sensor based on 1，1′-（-（naphthalene-2，3-diylbis（azanylylidene））bis（methanylylidene））bis（naphthalen-2-ol）/nafion glassy carbon electrode assembly by electrochemical approach［J］. RSC Advances， 2018， 8（35）：19754-19764.

（責任編輯：張會?。?/p>