一种pH平板光极荧光传感膜、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了pH平板光极荧光传感膜、制备方法及应用，属于监测二维pH值领域。所述的监测二维pH的荧光传感膜由荧光染料HPTS‑lipo制备，制备过程中将HPTS‑lipo采用水凝胶D4包埋。所述的荧光染料HPTS‑lipo通过在荧光染料HPTS的磺酸基团接入烷基胺制备。本发明专利技术的荧光传感膜，基于改性后的荧光染料HPTS‑lipo与荧光染料HPTS相比其pKa值得到显著的变化，因此荧光传感膜适用于不同的pH值监测，满足不同实验需求，且荧光染料HPTS‑lipo具有更好的疏水性，能在环境中保存更久时间，采用水凝胶D4包埋后进一步克服了染料泄露的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种pH平板光极荧光传感膜、制备方法及应用
本专利技术属于监测二维pH值的平板光极
，更具体地说，涉及一种pH平板光极荧光传感膜、制备方法及应用。
技术介绍
在环境领域，pH值是影响各类重金属、类金属元素地球化学循环的重要指标。以根际微区为例植物根系可通过分泌根系分泌物等行为影响到周边环境的pH值，引起根际酸化或碱化，因此根际效应对于研究重金属、类金属的地球化学循环来说至关重要。目前传统方法对于pH的测量主要基于电极传感，一方面由于价格较为昂贵，且为单点测量，若在根际大面积布置成本较高，另一方面由于侵入性可能会破坏根际微界面并引起扰动影响根际活动。毋庸置疑，能对根际微环境或其它微区实现原位、实时、非侵入性检测，已经成为环境研究中的迫切需求。自上世界90年代起，学者们对于二维荧光传感的研究进入了一个高速发展的时期，通过将荧光染料与包埋剂固定于一个平面内可实现对于待测物质的测量，目前已成功研发并施用于环境研究中的类似传感器包括：O2、pH、CO2及NH3等。所制作成的荧光传感器灵敏度高、稳定性好且能适应环境的非均执性，十分适合用于相关待测物质的浓度检测及环境微界面的研究中。近年来，光学传感器受到了越来越多的关注，尤其是对二维成像的平板光极技术的开发。由于具有原位、实时、非侵入性检测，已经成为环境研究中的迫切需求。经检索，现有技术中对荧光传感膜的研究已公布了相关的申请案，如中国专利申请号CN201410643390.4，公开日期为2015.02.18的申请案公开了一种pH荧光传感膜，包括薄膜基材，其将荧光染料CPIPA和荧光黄10-GN均匀混合，通过化学包埋法将两种荧光染料固定在薄膜基材表面。基于所述的pH荧光传感膜，本专利技术还公开了一种碱性沉积物pH二维动态分布检测方法，将pH荧光传感膜置于沉积物中，在激发光照射下通过成像装置获得两种染料光谱信息，通过R和B通道荧光比率定量方式获得到沉积物pH的分布特征。该申请案的传感膜将CPIPA与具有参比效应和增亮效应的荧光黄10-GN混合作为荧光指示剂，检测灵敏度、空间分辨率高，对pH变化响应灵敏。所述的方法采用平板电极技术，通过荧光比率定量减少光学干扰，实现对碱性沉积物pH二维、动态分布信息的实时、原位获取。然而该申请案中的荧光染料CPIPA仅仅适用于偏碱性的工作范围，限制了其在pH检测领域的应用。中国专利申请号CN201110407804.X，公开日期为2013.04.03的申请案公开了一种用于检测pH的光学离子传感膜，它包括如下重量百分比的组分：ETH54180.38％-0.42％；四[3，5-二-(三氟甲基)苯]硼酸钠0.44％-0.49％；上转换纳米棒2.09％-2.14％；聚氯乙烯33.13％-33.16％；癸二酸二(2-乙基己基)酯或邻硝基苯辛醚或邻苯二甲酸二辛酯补足至100％。本专利技术还公开了上述光学离子传感膜的制备方法及该传感膜在pH检测中的应用。该申请案的用于检测pH的光学离子传感膜，用980nm波长的光激发，且发射也在近红外区，传感器不会受到背景吸收和背景荧光的干扰；且相对于传统有机体系本体系有更高的量子产率，可以产生高强度荧光。该申请案中的光学离子传感膜制备过程中需要耗费各种化学试剂，成本较高，不利于推广。HPTS为8-羟基-1，3，6-三磺酸基芘，也是一种制备二维荧光传感膜的荧光染料。其是一类光谱性对pH变化有选择性的荧光材料，且兼具绿蓝色荧光发射等特点，而被广泛选做荧光染料应用于pH变化的荧光染料。不仅如此，HPTS还是一种极低毒性的水溶性荧光物质，其在水溶液中根据所处pH环境分别以质子化状态及去质子化状态的形式存在，HPTS具有很高的光量子产率及较大的斯托克斯位移，并且其pKa值决定HPTS是一种非常适合使用于自然环境及生物体内研究pH变化的荧光材料。但同时因为其极强的水溶性，限制了其在自然环境中的应用。对于HPTS应用于荧光光纤传感器的研究现有技术也也公开了相关的申请案，如中国专利申请号CN201510171727.0，公开日期为2017.11.24的申请案提供一种监测pH值和氧分压的单点双参数荧光光纤传感器探头，包括光纤探针、固定在光纤探针上的聚氨酯水凝胶层及分散嵌入在聚氨酯水凝胶层中的pH敏感微粒和氧敏感微粒，所述pH敏感微粒通过将HPTS共价固定于氨基改性的p-HEMA制备而成，所述氧敏感微粒通过溶剂三氯甲烷将Ru(dpp)32+包埋于有机改性硅酸盐制备而成。然而该申请案的方法制备萤光膜的过程较为繁琐。因此，基于HPTS水溶性强，在自然环境中应用受限、用于监测pH的荧光传感膜产生的荧光染料容易泄漏、应用范围较窄的问题，亟需对HPTS进行改进以在监测二维pH领域获得更广泛的应用价值。
技术实现思路
1.要解决的问题针对HPTS水溶性强，在自然环境中应用受限、制备成的pH的荧光传感膜的荧光染料容易泄漏、应用范围较窄的问题，本专利技术提供一种新的荧光染料及pH平板光极荧光传感膜、制备方法及应用。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种pH平板光极荧光传感膜，所述荧光传感膜由荧光染料HPTS-lipo制备，所述的荧光染料HPTS-lipo是在HPTS的磺酸基团引入二正丁胺或二甲胺制备而成。作为本专利技术更进一步的改进，所述的荧光染料HPTS-lipo的制备方法包括以下步骤：1)在NaOH溶液中，将HPTS与乙酸酐反应，无水乙醇提取产物并抽滤得羟基保护产品；2)将羟基保护产品与氯化亚砜加热回流得到磺酰氯中间体；3)以DCM为溶剂，将二正丁胺或二甲胺与磺酰氯中间体反应，反应结束后旋蒸、并用NaOH脱保护，得到HPTS-lipo。作为本专利技术更进一步的改进，所述的pH平板光极荧光传感膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a)取水凝胶D4溶于含有无水乙醇的水溶液中，制备成水凝胶D4储备液；b)配制所述的荧光染料HPTS-lipo储备液；c)取凝胶D4储备液和荧光染料HPTS-lipo储备液混合，取混合液制膜。作为本专利技术更进一步的改进，所述的混合液中水凝胶D4与荧光染料的质量比为100：1。作为本专利技术更进一步的改进，所述的含有无水乙醇的水溶液中无水乙醇与水的体积比为9：1。作为本专利技术更进一步的改进，本专利技术提供了一种监测二维pH值的平板光极，所述平板光极采用pH平板光极荧光传感膜制备。作为本专利技术更进一步的改进，所述的监测二维pH值的平板光极的应用方法，其特征在于：将所述的荧光传感膜固定在待测界面，在紫外激发光源下，利用图像捕捉系统动态获取待测界面pH的时空分布信息。作为本专利技术更进一步的改进，所述的监测二维pH值的平板光极的应用方法，其特征在于：所述紫外激发光源的波长为405nm。作为本专利技术更进一步的改进，所述的监测二维pH值的平板光极的应用方法，其特征在于：所述的图像捕捉系统包括CCD设备及存储终端设备。作为本专利技术更进一步的改进，所述的监测二维pH值的平板光极的应用方法，包括以下步骤：a)在10nm的Tris-HCl缓冲液中对所述的平板光极进行标定，分别用NaOH和HCl溶液调节pH；b)在405nmLED灯的激发条件下逐点获取记录有荧光强度照片，并用ImageJ软件提取绿色通道的荧光强度，在Origin中利用Bo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种pH平板光极荧光传感膜，其特征在于：所述荧光传感膜由荧光染料HPTS‑lipo制备，所述的荧光染料HPTS‑lipo是在HPTS的磺酸基团引入二正丁胺或二甲胺制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种pH平板光极荧光传感膜，其特征在于：所述荧光传感膜由荧光染料HPTS-lipo制备，所述的荧光染料HPTS-lipo是在HPTS的磺酸基团引入二正丁胺或二甲胺制备而成。2.根据权利要求1所述的pH平板光极荧光传感膜，其特征在于：所述的荧光染料HPTS-lipo的制备方法包括以下步骤：1)在NaOH溶液中，将HPTS与乙酸酐反应，无水乙醇提取产物并抽滤得羟基保护产品；2)将羟基保护产品与氯化亚砜加热回流得到磺酰氯中间体；3)以DCM为溶剂，将二正丁胺或二甲胺与磺酰氯中间体反应，反应结束后旋蒸、并用NaOH脱保护，得到HPTS-lipo。3.权利要求1或2所述的pH平板光极荧光传感膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a)取水凝胶D4溶于含有无水乙醇的水溶液中，制备成水凝胶D4储备液；b)配制所述的荧光染料HPTS-lipo储备液；c)取凝胶D4储备液和荧光染料HPTS-lipo...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗军，胡璇，梁潮根，方文，刘兆东，尹带霞，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32