[发明专利]一种基于荧光比色变化检测汞离子的亲水性聚合物的制备及其应用

说明书

技术领域

一种基于荧光比色变化检测汞离子的亲水性聚合物的制备及其应用，具体涉及罗丹明B酰肼接枝聚合物的制备以及基于该聚合物的在水介质中汞离子检测试剂盒和检测试纸的制备及其应用，属材料制备技术领域、及属于识别和用于光学检测重金属离子的水溶性聚合物构成的离子检测技术领域。

背景技术

汞是剧毒的重金属元素之一，具有易挥发性，可以在大气层以及土壤、海洋等中聚集，汞元素／汞离子一旦进人海洋，细菌可将无机汞转化为有机汞(如甲基汞)，并不断的在海洋中的生物体内累积，尤其是可食用的鱼类体内累积，最后经食物链被人类吸收。甲基汞会毒害神经，可导致感知、行为紊乱和神经损伤，对机体造成以神经毒性和肾脏毒性为主的多系统损害从而对人类健康构成巨大威胁。因此，对汞离子的选择性识别尤其是汞离子的原位、实时、在线监测对于医学、生物学和环境科学都具有重要意义。

当前，常见的汞元素检测手段主要是原子吸收／发射光谱法、X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体-质谱、核磁共振、比色法(如传统的双硫腙法)、电化学方法(如阳极溶出伏安法、氧化还原电位法等)。但这些分析手段在实际应用中既昂贵又繁琐，且常常需要特殊的实验仪器。因此，高效、廉价、简捷的汞检测手段成为重要的研究课题。近年来，有许多针对金属离子检测的小分子探针逐渐发展起来，而且通常也具有较高的选择性与灵敏度。然而，金属离子和小分子探针的结合位点在水溶剂中的溶剂化倾向比相同条件下其在有机溶剂中的要强，使得分子探针与待检测离子的结合性能下降。而且，大多数小分子探针在水中的溶解性较差，只适用于有机溶剂，而对于重金属离子检测，在实际应用中基本上都是在生物环境中进行，因此能够在水中表现出强识别性能的化合物才具有广泛的实用价值。因此，发展一种能在水中检测汞离子的价格便宜、灵敏的传感器是一个巨大的挑战。

本发明采用将罗丹明B酰肼接枝到水溶性聚合物上形成水溶性的大分子探针，通过汞离子与探针分子产生络合作用，诱导探针的螺环结构打开，从而显色并产生荧光信号，实现在水介质中的对汞离子的高灵敏、高选择性的识别。并将该大分子探针直接涂覆在基材表面成膜来制备检测试纸，避免了传统试纸的浸泡法，还可以克服小分子探针的不稳定和易迁移流失的缺点。

发明内容

本发明旨在提供一种含罗丹明B酰肼生色团的亲水性大分子探针及其制备方法，通过颜色以及荧光的变化来选择性检测水介质中的汞离子。更进一步提供一种利用该种聚合物检测汞离子的试剂盒以及简便的汞离子检测试纸。

本发明的技术方案：本发明所合成的检测汞离子的亲水性大分子探针，一类罗丹明B酰肼接枝亲水性聚合物的化学结构式为：

R₁为、等亲水性基团；R₂为-CH₃或H。m/n为15:1～3:1。

合成路线如下：

1)罗丹明B酰肼的合成：将0.4g罗丹明B溶于15mL甲醇，向其中加入过量水合肼（0.5mL）。混合溶液被加热至沸腾，直到溶液的粉红色退去。然后，将反应液冷至室温，倒入水中，用乙酸乙酯进行萃取。萃取液用无水硫酸钠干燥，过滤，蒸走溶剂，最后得到罗丹明B酰肼。

2）亲水性聚合物的合成：将溶剂二氧六环、亲水单体 、（甲基）丙烯酸缩水甘油酯和偶氮二异丁腈AIBN 于烧瓶中，亲水单体︰（甲基）丙烯酸缩水甘油酯︰AIBN的摩尔比为100︰30︰3，充氮气30分钟，封密，水浴70℃反应 24小时。

产物在乙醚中沉淀，再用二氧六环溶解，重复5次，除去未反应的反应物和分子量小的聚合物。真空干燥。

所述亲水单体（乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺）与（甲基）丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比在15:1到3:1范围内。

3）罗丹明B酰肼亲水性接枝聚合物的合成：将0.228g罗丹明B酰肼与步骤2中所得的1.0g亲水性聚合物溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，充氮气30分钟，封密，水浴55℃反应12h，产物在石油醚中沉淀，再用二氧六环溶解，重复5次，除去未反应的小分子。