一种能够比色‑荧光循环检测铜离子的传感器分子及其制备和应用制造技术

本发明专利技术设计合成了一种能够比色‑荧光循环检测Cu

\u4e00\u79cd\u80fd\u591f\u6bd4\u8272\u2011\u8367\u5149\u5faa\u73af\u68c0\u6d4b\u94dc\u79bb\u5b50\u7684\u4f20\u611f\u5668\u5206\u5b50\u53ca\u5176\u5236\u5907\u548c\u5e94\u7528

A colorimetric fluorescence detection of Cu synthesized by the invention of circular design

【技术实现步骤摘要】
一种能够比色-荧光循环检测铜离子的传感器分子及其制备和应用
本专利技术涉及一种检测Cu2+的传感器分子，尤其涉及一种能够比色-荧光双通道循环检测Cu2+的传感器分子——N,N-(3,3’-二甲基联苯)-双(5-硝基水杨酰胺)；本专利技术同时还涉及该传感器分子的制备和实际应用，属于化学合成领域和阳离子检测

技术介绍
有机分子化学传感器在检测环境中的有毒金属离子时具有简单、快速、经济的优点。在众多过渡金属离子中，铜在地球上的含量仅次于锌和铁，并且铜在环境和生物体系中扮演着重要的角色。作为生命的基本要素，如果铜在人体中的含量出现问题，会导致严重的神经疾病，如门克斯疾病、威尔逊疾病和老年痴呆等疾病。伴随着科学技术的飞速发展，到目前为止，人们已经研究出多种方法来检测铜离子的存在，如原子吸收光谱法、荧光分析法、电感耦合等离子体原子发射光谱法等。其中荧光分析法由于仪器价格较低、操作方便等、被广泛用于离子检测领域。目前，文献已报道了大量的荧光检测Cu2+的传感器分子。然而，科学的发展是无止境的，对于阳离子检测的研究也是无止境的。随着科学和技术的发展，对于阳离子检测技术有了更高的要求，因此，设计合成更高选择性、更高灵敏度的荧光检测阳离子的传感器分子，也是阳离子检测领域的新的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够比色-荧光循环检测Cu2+的传感器分子——N,N-(3,3’-二甲基联苯)-双(5-硝基水杨酰胺)；本专利技术的另一目的是提供一种上述传感器分子在检测Cu2+的具体应用。一、Cu2+的传感器分子Cu2+传感器分子的合成：以无水乙醇为溶剂，冰醋酸为催化剂，5-硝基水杨醛与3,3’-二甲基苯胺以2:1的摩尔比，于80~85℃回流6~8h；反应完成后，过滤，用热无水乙醇淋洗，真空干燥，无水乙醇重结晶，得到的红色固体即为目标传感器分子——N,N-(3,3’-二甲基联苯)-双(5-硝基水杨酰胺)，标记为QW。其结构式如下：催化剂冰醋酸的用量为底物总摩尔量的0.4~0.6倍。二、QW对阳离子的识别实验1、QW对阳离子的荧光响应分别移取0.5mL含有QW的DMSO溶液（2×10-4mol·L-1）于一系列10mL的比色管中，分别加入Fe3+，Hg2+，Ag+，Ca2+，Cu2+，Co2+，Ni2+，Cd2+，Pb2+，Zn2+，Cr3+，Mg2+的高氯酸盐的DMSO溶液（4×10-3mol·L-1）0.5mL。最后用DMSO定容到5mL，此时QW的浓度为2×10-5mol·L-1，阳离子浓度为QW浓度的20倍，观察溶液颜色的变化。结果发现，当向含有QW的DMSO溶液中分别加入上述阳离子时，，在自然光下，Cu2+的加入使溶液的颜色由黄色变成无色，在其相应的紫外光谱中出现明显的蓝移（图1）。在其相应的荧光发射光谱中，Cu2+的加入使溶液的荧光消失，而其余阳离子的加入对QW溶液的紫外和荧光光谱无明显影响（图2）。说明该传感器分子QW在DMSO溶液中能专一选择性双通道识别Cu2+。2、QW对Cu2+的滴定实验将QW用DMSO配成2×10-4mol/L的溶液，取0.5mLQW的DMSO溶液（2.0×10-4mol/L）于10mL比色管中，用DMSO定容到5mL，此时QW的浓度为2×10-5mol·L-1，摇匀静置。移取2.5mL的该溶液于荧光比色池中，用累积加样法逐渐加入Cu2+的高氯酸盐的DMSO溶液（0.02mol/L）。在紫外吸收光谱中随着Cu2+的逐渐加入，375nm处的紫外吸收峰逐渐蓝移至365nm处（图3）。在荧光光谱中随着Cu2+（0.02mol/L）的逐渐加入，520nm处的发射峰逐渐消失（图4）。说明QW可以在DMSO溶液中双通道检测Cu2+。QW对Cu2+的紫外检测限为6.02×10-8M，荧光检测限为4.87×10-9M，说明QW对Cu2+的检测具有较高的灵敏性。3、QW在识别Cu2+过程中的抗干扰检测为了测定QW在识别Cu2+过程中的抗干扰能力，我们进行了如下测试：取13支10mL的比色管分别加入0.5mL上述QW的DMSO溶液（2×10-4mol·L-1），将第1支比色管用DMSO稀释至5mL；向第2支比色管中加入0.5mLCu2+，然后用DMSO稀释至5mL；向其余11支比色管中分别加入0.5mLCu2+，再依次加入0.5mLFe3+，Hg2+，Ag+，Ca2+，Cu2+，Co2+，Ni2+，Cd2+，Pb2+，Zn2+，Cr3+，Mg2+的高氯酸盐的DMSO溶液（4×10-3mol·L-1），最后用DMSO稀释至5mL。混合均匀后，测定其紫外和荧光的变化。图5和图6分别为QW对Cu2+识别的紫外抗干扰光谱图和荧光抗干扰光谱图。结果发现，加入其他阳离子后，QW对Cu2+的识别基本不受其它阳离子的干扰。4、QW识别Cu2+的响应时间常见的传感器分子比色或荧光识别Cu2+的过程需要较长的反应时间，这种因素往往限制了许多传感器分子的推广使用。因此，我们探究了QW识别Cu2+的响应时间。当加入Cu2+后，溶液颜色立即褪去，并且荧光完全猝灭，可以看出，QW对Cu2+的响应在片刻间（<3s）即可发生。因此QW对Cu2+具有较快的检测速度。5、QW对Cu2+的连续可循环识别实验以及相应逻辑门的制备近几年，受体分子的可循环性成为阳离子识别研究中的一个重要部分，因此，我们探讨了QW对Cu2+识别的可循环性。众所周知，EDTA（乙二胺四乙酸二钠）与金属离子有很强的络合能力，是一种很好的络合剂，因此我们选择EDTA作为Cu2+的络合剂。实验现象表明：当在QW-Cu2+络合体系中加入适量的EDTA时，EDTA能够迅速将Cu2+从QW上解络合下来，形成络合物Cu(EDTA)，溶液在紫外和荧光灯下的颜色恢复与主体相当。相应的荧光光谱也恢复到与原来主体分子相当的水平。当我们再用该溶液去识别Cu2+时，该体系的荧光猝灭，如此反复循环可以达到四次以上（图7），因此，QW是一种可循环检测Cu2+的传感器分子。基于QW对Cu2+的循环检测，我们以“ON”作为荧光打开，“OFF”作为荧光关闭，Cu2+和EDTA作为输入信号，制作了一个“读-擦-读-写”的可循环逻辑门（图8）。6、基于QW的Cu2+检测试纸将试纸剪成长方形并浸泡在含有QW的溶液中10min，使QW充分吸附于滤纸上，然后取出晾干，该滤纸在自然光下呈黄色，在365nm紫外灯下呈黄绿色。向滤纸上滴加含有Cu2+的溶液，滤纸的颜色由黄色变成无色（自然光下），并且黄绿色荧光消失（365nm紫外灯下）。再向该滤纸上滴加EDTA溶液，滤纸上的颜色（自然光下）和荧光（365nm紫外灯下）再次恢复。三、QW对Cu2+的识别机理针对QW对Cu2+的识别机理，我们通过1HNM和IR进行了探究。1HNM谱图表明：14.92ppm处-OH的信号峰随Cu2+的不断加入逐渐变宽并最终消失，并且9.23ppm处-CH=N的信号峰随Cu2+的不断加入逐渐减小（图9）。IR谱图表明：1618cm-1和3447cm-1处是HC=N和苯环上O-H的伸缩振动峰，在Cu2+加入后，HC=N的伸缩振动峰会移动到1432cm-1，而苯环上O-H的伸缩振动峰会消失，同时在1645cm-1处出现新峰（图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够比色‑荧光循环检测Cu

【技术特征摘要】
1.一种能够比色-荧光循环检测Cu2+的传感器分子，其结构如下：。2.如权利要求1所述能够比色-荧光循环检测Cu2+的传感器分子的合成方法，是以无水乙醇为溶剂，冰醋酸为催化剂，5-硝基水杨醛与3,3’-二甲基苯胺为底物，于80~85℃回流6~8h；反应完成后，过滤，用热无水乙醇淋洗，真空干燥，无水乙醇重结晶，得到红色固体即为目标传感器分子。3.如权利要求2所述能够比色-荧光循环检测Cu2+的传感器分子的合成方法，其特征在于：底物5-硝基水杨醛与3,3’-二甲基苯胺的摩尔比为2:1。4.如权利要求2所述能够比色-荧光循环检测Cu2+的传感器分子的合成方法，其特征在于：催化剂冰醋酸的用量为底物总摩尔量的0.4~0.6倍。5.如权利要求1所述能够比色-荧光循环检测Cu2+的传感器分子在检测Cu2+的应用，其特征在于：向含有该传感器的DMSO溶液中，分别加入Fe3+，Hg2+，Ag+，Ca2+，Cu2+，Co2+，Ni2+，Cd2+，Pb2+，Zn2+，Cr3+，Mg2+的溶液，若溶液的颜色由黄色变成无色，溶液的荧光淬灭，说明加入的是Cu2+；溶液的颜色和荧光没有发生变化，说明加入的不是Cu2+。6.一种负载有如权利要求1所述传感器分子的Cu2+检测试纸。7.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张有明，朱伟，林奇，曲文娟，魏太保，姚虹，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62