[发明专利]4-芳基嘧啶荧光化学传感器及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种荧光化学传感器，属于光电材料技术领域。具体来说是涉及一类4-芳基嘧啶荧光化学传感器及其在金属离子检测中的应用。

背景技术

随着人们对环境污染问题的高度重视，越来越多研究致力于开发高选择性和灵敏性的荧光化学传感器，以便于定性或定量地检测生物体内和环境中的重金属、过渡金属。在严重污染环境和生物体的各中金属离子中，Hg²⁺由于具有持久性、易迁移性和高度的生物富集性而成为最具威胁和毒害作用的金属离子。汞在自然界中主要以元素汞、无机汞和有机汞三种形式存在，其中有机汞的毒性最大。有机汞可以通过呼吸道、消化道、皮肤等途径侵人体和其他生物体。汞中毒能够损伤中枢神经系统，严重中毒可导致精神紊乱、四肢瘫痪，甚至成为痴呆。各种形态的汞及其化合物都具有高度的化学反应活性，能够与生物体内的蛋白质、酶和核酸等生物分子中的相关官能团发生化学作用，从而扰乱正常的生命过程，对生物体有极大的损害。迄今为止，对于Hg²⁺的检测方法主要有原子吸收光谱法、原子发射光谱法等。这些检测方法各有不同程度的缺陷，如样平需要处理、检测速度慢、检测费用昂贵等。综上所述，开发研制一种低成本、快速响应、能应用于自然环境和生物体内且检测明显的新型检测Hg²⁺的化学传感器显得尤为重要。

化学传感器是近些年来倍受关注的新型检测技术，是一种微量和痕量分析技术。化学传感器是一种分子器件，与被分析物质相互作用时能够给出实时信号，并且能够把特定的化学物质的种类和浓度变成检测信号。化学传感器按检测信号的种类不同分为光化学传感器、电化学传感器、温度敏感化学传感器等。光化学传感器是利用光敏感材料与被分析物质相互接触时直接或间接地引起光信号的变化，其中荧光信号因其灵敏度高、易于传递和控制等受到青睐。近年来，荧光化学传感器发展迅速，其整体设计和合成成为研究的焦点。

具有实用价值的荧光化学传感器主要可以分为如下三个部分：(1)识别基团，具有能够选择性地与被分析物质结合的功能(一般形成络合物的形式)，导致荧光化学传感器所处的化学环境发生变化；(2)荧光基团，将识别基团与被分析物络合所引起的化学环境变化转变为容易观察到得荧光输出；(3)连接基，能够改变分子体系几何构型，调控识别基团和荧光基团之间的电子相互作用。正确地设计和合成荧光化学传感器对其识别能力和灵敏度的影响起到重要的作用。从目前的研究情况看，很多应用于检测Hg²⁺的光化学传感器结构复杂，合成过程繁复，因此设计合成新的Hg²⁺检测荧光化学传感器仍有及其重要的意义。

在荧光化学传感器的设计中，常用吡啶、三唑、噻唑、吡咯、咪唑等杂环基团作为识别基团，而嘧啶环虽然具有非常重要的生物和药物活性，却在荧光化学传感器应用领域几乎未见报道。本发明以4-取代的嘧啶基团作为识别基团，制备了一类可应用于Hg²⁺检测荧光化学传感器。

发明内容

技术问题：本发明的目的是开发出一种4-芳基嘧啶荧光化学传感器及其在金属离子检测中的应用。该荧光传感化学器具有制备简便，成本低廉，响应速度快，灵敏度高，可通过肉眼识别等优点，并且其检测过程可逆，可作为重复利用的荧光化学传感器。通过其溶液的颜色变化、紫外可见吸收光谱、荧光发射光谱的变化，从而可达到检测金属汞离子的目的。

技术方案：本发明是利用4-芳基嘧啶化合物中单取代嘧啶环上裸露的N原子与金属离子的配位作用，得到一类4-芳基嘧啶荧光化学传感器。本发明涉及的荧光化学传感器以含有缺电子的嘧啶基团作为检测单元，嘧啶环上的N原子容易与Hg²⁺形成弱配位键，生成一个Hg²⁺络合两个4-芳基嘧啶的配合物；在碘离子(I^-)存在的情况下，嘧啶环上的N原子与Hg²⁺形成弱配位键容易被破坏，可使该荧光化学传感器恢复到检测前的状态，实现重复检测Hg²⁺的效果。本发明研究了此类荧光化学传感器在检测Hg²⁺过程中紫外可见吸收光谱、荧光发射光谱的变化。这类荧光化学传感器不仅可以实现比率荧光检测，而且具有可逆性和重复利用性，从而实现了本发明的目的。

本发明的4-芳基嘧啶荧光化学传感器具有由下述通式(1)、通式(2)、通式(3)或通式(4)表示的结构：