水溶性吩嗪染料在识别和吸附去除水样中铜离子的应用制造技术

水溶性吩嗪染料在识别和吸附去除水样中铜离子的应用。本发明专利技术公开了一种水溶性吩嗪染料的新用途——作为传感器在裸眼荧光双通道单一选择性识别Cu

Application of Water Soluble Phenazine Dyes in Recognition and Adsorption of Copper Ions in Water Samples

Application of water-soluble phenazine dyes in identifying and adsorbing copper ions from water samples. The invention discloses a new use of water-soluble phenazine dye as a sensor for single selective recognition of copper in naked eye fluorescence dual-channel.

【技术实现步骤摘要】
水溶性吩嗪染料在识别和吸附去除水样中铜离子的应用
本专利技术涉及一种水溶性吩嗪染料的新用途——作为传感器在裸眼荧光双通道单一选择性识别Cu2+的应用、作为吸附剂在吸附废水中Cu2+的应用，属于离子检测和废水处理

技术介绍
吩嗪及其衍生物最早的应用是染料，被用于工业领域已经有100多年的历史。最早被用作染料的称为脓毒紫（1-羟基-5-甲基吩嗪），能够提供红色、橙色和品红等色调的所有吩嗪染料，在其3-位，或者7-位，或者3，7-基本上都有未被取代的氨基。它们能制备成还原染料的隐色体．对棉纤维有较好的亲和力，被纤维吸附后，经空气或其他氧化剂氧化后，又恢复为还原染料，而呈红色、黄色、品红色和橙色。吩嗪染料的氧化体对热和光也有良好的稳定性。这些染料能被用来制备还原态隐色体染料，进而在纤维染色时被氧化，产生红色、黄色、橙色和品红等各种颜色。目前对于吩嗪及其衍生物在其他领域的应用尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供水溶性吩嗪染料在对水样中Cu2+的双通道检测及吸附去除的应用。一、水溶性吩嗪颜料水溶性吩嗪颜料，标记为AHPN，结构式为：水溶性吩嗪染料AHPN的合成：在无水乙醇中，将3-羟基-2-氨基吩嗪溶解。之后加入与3-羟基-2-氨基吩嗪以1:1摩尔比的NaOH，在室温下搅拌反应30~35分钟，反应结束后抽滤，烘干即得水溶性吩嗪颜料AHPN。具体合成见文献：[Korzhenevskii.A.B.,Markova.L.,Efimova.S.V.,Koifman.O.I.,Krylova.E.V.,Russ.J.Gen.Chem.2005,75,980–984.2.Amer,A.M.,El-Bahnasawi,A.A.,Mahran,M.R.H.,MonatshefteFürChemie.2000,31,1217–1225]，其反应式如下：图1为水溶性吩嗪染料AHPN的部分核磁氢谱图。图2为水溶性吩嗪染料AHPN的部分质谱图。二、水溶性吩嗪染料AHPN对于阳离子的响应性能1、紫外识别Cu2+将AHPN在25ml的试管中配置2×10-4mol/L的AHPN水溶液（蒸馏水），之后将其用移液管移0.5ml到10ml的比色管中，用蒸馏水定容至5ml刻度（此时主体溶液浓度2×10-5mol/L），放置备用。配置4×10-3mol/L的Cu2+水溶液（用Cu(ClO4)2•2H2O配置），用移液管取比色管中的AHPN稀释溶液0.5ml，Cu2+溶液0.125ml，用蒸馏水稀释定容至5ml，摇晃使其反应均匀后将其溶液倒入石英比色皿中，进行紫外扫描。并用相同的方法加入并扫描Fe3+，Hg2+，Ag+，Ca2+，Co2+，Ni2+，Cd2+，Pb2+，Zn2+，Cr3+和Mg2+的溶液。图3为AHPN-Cu的部分质谱图。图4为AHPN、AHPN-Cu以及在AHPN加入其他的金属阳离子的紫外光谱。由图4发现，在加入其他金属阳离子后，紫外吸收峰与主体的峰的激发波长及吸光度都大体相同，激发波长都在440nm左右（Fe3+的三峰为自身的性质不进行讨论）。当加入Cu2+后，主体AHPN激发波长发生了红移，从440nm红移到443nm，吸光度由0.63降到0.35。同时，在自然光下肉眼可明显观察到：在AHPN水溶液中只有加入Cu2+后，溶液迅速才由亮黄色变为血红色（＜3秒），能够达到很好的裸眼识别效果。紫外抗干扰实验：取13只10ml的比色管，在其中都加入配置好的2×10-4mol/L主体溶液0.5ml。从中取出两支，第一支只将主体溶液进行稀释，稀释成2×10-5mol/L的稀溶液，第二支加入4×10-3mol/L的Cu2+溶液0.5ml后用蒸馏水稀释定容到5.00ml。之后分别向其他的11只比色管中加入4×10-3mol/L的Cu2+溶液0.125ml和Fe3+，Hg2+，Ag+，Ca2+，Co2+，Ni2+，Cd2+，Pb2+，Zn2+，Cr3+和Mg2+这11种金属阳离子各0.125ml，都分别用蒸馏水稀释定容到5.00ml。摇匀后倒入石英比色皿中，扫描紫外光谱并绘制其紫外抗干扰柱状图（见图5）。从柱状图可以看出，传感器对Cu2+的选择性较高，且其他金属阳离子对其没有干扰。紫外滴定实验：取2.5ml的2×10-5mol/L主体AHPN溶液至石英比色皿中，用蒸馏水配置1mol/L的Cu2+溶液，我们用0~94.6当量的Cu2+对AHPN溶液进行紫外滴定，检测主体在不同浓度Cu2+下的紫外光谱特性（图6）。结果发现，随着溶液中Cu2+的浓度增加，在440nm处的紫外吸收峰发生了明显的红移现象，移动到443nm之后不再变化。且吸光度由起初的0.63降到0.35后再滴加Cu2+曲线不再发生变化。同时，我们根据紫外滴定曲线做出了波长为440nm的散点图（图6插图），并根据此散点图用3σ/m法做出了紫外拟合曲线（图7），并且计算出了受体分子AHPN对Cu2+紫外响应的最低检测限为7.61×10−6M。2、荧光识别Cu2+将AHPN在25ml的试管中配置2×10-4mol/L的AHPN水溶液（蒸馏水），之后将其用移液管移0.5ml到10ml的比色管中，用蒸馏水定容至5ml刻度（此时主体溶液浓度2×10-5mol/L），放置备用。配置4×10-3mol/L的Cu2+水溶液（用Cu(ClO4)2•2H2O配置），用移液管取比色管中的AHPN稀释溶液0.5ml，Cu2+溶液0.125ml，用蒸馏水稀释定容至5ml，摇晃使其反应均匀后将其溶液倒入石英比色皿中，进行荧光扫描。并用相同的方法加入并扫描Fe3+，Hg2+，Ag+，Ca2+，Co2+，Ni2+，Cd2+，Pb2+，Zn2+，Cr3+和Mg2+的溶液。图8为AHPN、AHPN-Cu以及在AHPN加入其他的金属阳离子的荧光光谱（λex=450nm）。由图可以看出，主体AHPN自身在365nm的紫外灯下发出很强的亮黄色荧光，通过计算发现其荧光量子产率高达0.51，在加入Cu2+后其荧光发生猝灭。同时，在荧光发射光谱中我们也可以观察到：当激发波长为450nm时，AHPN发出亮黄色荧光（发射波长555nm）且荧光强度最大为130a.u。当加入Cu2+后，荧光强度降为51a.u，且只有Cu2+离子的加入，才能使AHPN的荧光强度降到最低。因此，该水溶性吩嗪染料AHPN能够作为识别Cu2+的荧光传感器。荧光抗干扰实验：取13只10ml的比色管，在其中都加入配置好的2×10-4mol/L主体溶液0.5ml。从中取出两支，第一支只将主体溶液进行稀释，稀释成2×10-5mol/L的稀溶液，第二支加入4×10-3mol/L的Cu2+溶液0.5ml后用蒸馏水稀释定容到5.00ml。之后分别向其他的11只比色管中加入4×10-3mol/L的Cu2+溶液0.125ml和Fe3+，Hg2+，Ag+，Ca2+，Co2+，Ni2+，Cd2+，Pb2+，Zn2+，Cr3+和Mg2+这11种金属阳离子各0.125ml，都分别用蒸馏水稀释定容到5.00ml。摇匀后倒入石英比色皿中，扫描荧光光谱并绘制其荧光抗干扰柱状图（见图9）。从柱状图9可以看出，传感器对Cu2+的荧光选择性较高，且其他金属阳离子对其没有干扰。荧光滴定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水溶性吩嗪颜料在识别水样中Cu

【技术特征摘要】
1.水溶性吩嗪颜料在识别水样中Cu2+的应用，其特征在于：所述水溶性吩嗪颜料的结构式为：。2.如权利要求1所述水溶性吩嗪颜料在识别水样中Cu2+的应用，其特征在于：在水溶性吩嗪颜料水溶液中，分别加入Fe3+，Hg2+，Ag+，Ca2+，Cu2+，Co2+，Ni2+，Cd2+，Pb2+，Zn2+，Cr3+，Mg2+，只有Cu2+的加入能使水溶性吩嗪颜料水溶液的荧光猝灭。3.如权利要求1所述水溶性吩嗪颜料在识别水样中Cu2+的应用，其特征在于：在水溶性吩嗪颜料水溶液中，分别加入Fe3+，Hg2+，Ag+，Ca2+，Cu2+，Co2+，Ni2+...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏太保，雍碧蓉，曲文娟，林奇，张有明，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