一种用于检测水环境中稀土离子含量的有机化合物及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于检测稀土离子含量的有机化合物，所述化合物以羧酸酯基作为金属离子络合体，在其分子中引入荧光基团，生成金属离子特别是稀土离子的荧光指示剂，能够适用于水环境中的金属离子浓度的检测，尤其是水环境中对稀土离子浓度的测定。

An organic compound for detecting the content of rare earth ions in water environment and its application

The present invention discloses an organic compound used to detect the content of rare earth ions. The compound uses carboxylic ester group as a metal ion complex, and introduces a fluorescent group in the molecule to produce a fluorescent indicator of metal ions, especially rare earth ions. It can be applied to the detection of metal ion concentration in water environment, especially in water environment. It is the determination of the concentration of rare earth ions in water environment.

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测水环境中稀土离子含量的有机化合物及应用
本专利技术属于有机化合物领域，尤其涉及一种可用于检测水环境中稀土离子含量的有机化合物及其相关应用。
技术介绍
稀土元素(rareearthelements，REEs)包括原子序数从57到71的镧系元素以及钪和钇，共17个元素，在人体中约占0.007％。稀土在地壳中虽然分布很广，但由于其化学性质稳定而难以进入生物圈。农业中应用的稀土是由稀土矿经化学炼制而成的可溶性盐类化合物。稀土虽非生物的必需元素，但能被生物吸收，由于其低剂量条件下对生物生长具有一定的促进作用而被广泛用于农、牧、渔业生产，致使越来越多的稀土进入生物链、食物链，对农业生态环境造成潜在的负面影响[1]。稀土被广泛应用在农业化肥、饲料添加剂、工业催化剂等许多行业中，由于具有不易代谢和降解的特性而长期存在于环境中，尤其是通过工业废水排放和农田地表径流等进入水体或渗入地下水中，对水源水的安全性造成威胁，曾有报道显示一定剂量的稀土可导致DNA分子断裂、损伤，抑制动物生长，因此监控水源水中稀土元素的含量显得日益重要[2]。因此，检测水环境中的金属离子含量研究成为了科学研究领域中一个重要的科研课题。目前水环境中检测金属离子的方法中，用于稀土元素分析的方法主要有原子吸收法、原子荧光法、等离子体发射光谱法、等离子体质谱法、X射线荧光光谱法、中子活化分析法等[3]。由于上述测试方法的几点劣势(仪器贵重，耗时，步骤复杂，专业性强)，荧光传感器检测金属离子的方法以其独特的优点引起了人们广泛关注和极大兴趣，并在近些年得到了较大的发展。荧光传感器离子检测拥有众多的优点，有望替代此前描述的传统方法。比如，测试过程快捷方便，价格低廉，“裸眼”可视化检测，选择性好，灵敏度高，分子结构易于修饰优化。目前，虽然文献报道了很多重金属离子识别载体，但是目前报道的稀土金属离子识别载体还尚少。
技术实现思路
针对现有技术的上述及其他缺陷，本申请的专利技术人通过大量创造性的研究工作，专利技术了一种效率高、灵敏度好及重现性好的用于检测水环境中的金属离子尤其是稀土离子含量的有机化合物，该化合物与荧光团相连接，可制成离子荧光探针，适用于水环境中的稀土离子浓度的检测。为实现上述及其他目的，本专利技术提供如下技术方案。在本专利技术第一方面，提供一种用于水环境中稀土金属离子含量检测的有机化合物，所述化合物以羧酸酯基作为金属离子络合体，并与荧光基团相连。一种优选实施方式中，所述化合物具有如下结构式：其中R1～R3独立地为1～4个碳的烷基，只要这些基团不影响所述化合物的离子络合以及荧光性能。更优选的实施方式中，R1～R3独立地选自乙基。一种优选实施方式中，可用本专利技术化合物检测的金属离子选自稀土金属离子。在本专利技术第二方面，提供用于检测水环境中金属离子含量的产品，所述产品包含本专利技术上述有机化合物和作为载体的亲水高聚物。所述产品可以是检测试剂盒的形式。常见的亲水高聚物均可用于本专利技术，优选高聚物为氨基纤维素或水凝胶。一种优选实施方式中，将本专利技术化合物加入水凝胶涂布成薄膜作为荧光探针。另一种优选实施方式中，所述金属离子选自稀土金属离子。在本专利技术第三方面，提供本专利技术化合物在水环境中金属离子含量检测中的应用。一种优选实施方式中，所述金属离子选自稀土金属离子。另一种优选实施方式中，所述检测为荧光检测。本专利技术的有机化合物作为金属离子探针具有如下突出的技术优势：通过在羧酸酯基中引入荧光基团，可以制备出一系列金属离子(尤其是稀土金属离子)荧光指示剂。当金属离子含量改变时，荧光强度随着改变，可从其荧光强度计算出溶液中金属离子的含量，实现微量金属离子含量的分析，大大提高了效率和灵敏度。附图说明图1为本专利技术制备荧光型金属离子染料的反应路线。图2为本专利技术金属离子检测荧光探针对不同离子的荧光光谱图。图3为本专利技术金属离子检测荧光探针对不同离子的荧光强度柱形图。图4为本专利技术稀土离子检测荧光探针络合不同浓度稀土离子的荧光发射光谱图。图5为本专利技术稀土离子检测荧光探针络合稀土离子的荧光光谱图，550纳米处的荧光强度值由低到高分别对应稀土离子浓度由0μM至250μM。具体实施方式本专利技术通过使用羧酸酯基中引入荧光基团，可实现利用荧光信号对微量离子含量的分析。申请人在长期的研发过程中对本专利技术化合物结构可络合的金属离子进行了广泛检测，发现其对稀土离子具有较好的络合能力，而对Ca2+、Cd2+、Co2+、Cr3+、Cu2+、Fe2+、Fe3+、K+、Hg2+、Mg2+、Mn2+、Na+、Ni2+、Pb2+、zn2+等金属离子等均无结合能力。在这之中，尤其是对稀土离子具有最好的络合能力，具有显著的、特异性结合的络合能力，可以作为稀土离子的有效载体。通过在上述结构中引入荧光基团，基于光致诱导电子转移原理，当离子含量改变时，其显色或荧光强度随之改变，由此可从紫荧光强度计算出溶液中金属离子的含量。本专利技术化合物中可包含取代或未取代的络合基团结构。本领域技术人员不难确定可进行哪些取代而不影响本专利技术化合物络合金属离子并显色或显示荧光的能力。在本申请上下文中，“烷基”指1至4个碳原子的直链或支链烷基，例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基或叔丁基。利用荧光原理均可实现对离子浓度的连续检测，尤其是对稀土离子浓度的检测。本领域常用的荧光基团均可用于本专利技术。在本专利技术的离子载体中引入荧光基团以后，所生成的一系列分子可对金属离子尤其是稀土离子产生荧光响应。此类分子在不同的离子浓度的样品中能产生不同强度的荧光，可用荧光分光光度计检测。申请人在实验中证实了上述效果，荧光强度随着样品中离子浓度的增加而降低，为淬灭效应。由于络合结构对于不同金属离子的结合能力有差异，考虑到实际的检测应用需要，本专利技术的有机化合物最适合的检测对象是稀土离子。为便于工业应用，还可将本专利技术的离子检测化合物结合于亲水高聚物载体制成用于检测水质中金属离子含量的产品，所述产品例如是试剂盒的形式。常见的亲水高聚物均可用于本专利技术，优选高聚物为氨基纤维素或水凝胶。一种优选实施方式中，将本专利技术化合物加入水凝胶涂布成薄膜作为荧光探针。附图1以具体化合物为例显示了本专利技术离子载体化合物和荧光指示剂的合成路线。需要注意的是，此处使用具体化合物只是出于方便理解的目的，本领域技术人员可根据这些具体化合物的合成路线进行必要的改动来制备可用于本专利技术的其他离子载体化合物和指示剂。参考附图1所示，显示了本专利技术的一种优选分子结构(亦可称为稀土离子载体)以及离子荧光指示剂的合成路线。本说明书上文中结合具体实施方式对本专利技术进行了阐释，但应理解，这些描述和阐释只是为了更好地理解本专利技术，而不构成对本专利技术的任何限定。本领域技术人员在阅读了本申请说明书之后可对本专利技术的具体实施方式进行必要的改动而不脱离本专利技术的精神和范围。本专利技术的保护范围由所附的权利要求书限定，并且涵盖了权利要求的等同变换。下面结合实施例对本专利技术进行进一步的说明。在下述实施例中，提供了具体的化合物结构以说明本专利技术化合物的结构类型、制备方法、及其作为离子浓度检测探针的检测性能。所提供的实施例仅用于说明本专利技术可如何实施，并不构成特别限定。具有本领域专业知识的一般技术人员，可通过下面所举的具体例子，举一反三，制备出金属离子特别是稀土离子的一系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测水环境中稀土离子含量的有机化合物。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测水环境中稀土离子含量的有机化合物。2.根据权利要求1所述的有机化合物，其特征在于所述化合物具有如下结构式：其中R1～R3独立地为1～4个碳的烷基，只要这些基团不影响所述化合物的离子络合以及荧光性能。3.根据权利要求2所述的有机化合物，其特征在于R1～R3独立地选自乙基。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大颖，何华瑞，
申请(专利权)人：天津农学院，
类型：发明
国别省市：天津,12