[发明专利]一种铬离子比率型荧光探针及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于分析化学领域，具体涉及一种定量测定铬离子浓度的比率型荧光探针及其制备方法和应用。 

背景技术

铬(III)是一种生命必需的微量元素，具有多种生理功能。研究表明，铬(III)有生物活性，铬(III)的缺少会导致糖、脂肪等代谢系统紊乱，引起动脉硬化等多种疾病；但含量过高对生物和人类也有害，地面水中最高允许浓度规定为0.5mg/L。目前由于铬及其化合物被广泛应用于、电镀、皮革、颜料、耐火材料、印染、涂料等工业，通过废气、废液排放最终以离子形态进入大自然，铬的污染也逐渐增加，因此，寻找一种简便、快捷检测方法对铬离子的分析检测具有重要意义。传统的铬离子识别和测定方法主要有分光光度法，高效液相分析法，原子吸收法等，这些方法中有些方法的选择性较差；有些用于复杂样品分析时，需要适当的预处理；有些需要成本较高的仪器设备，都不是理想的识别和检测铬(III)浓度的方法。荧光探针作为一种灵敏度高、用样量少、方便快捷且具有实用价值的检测方法是检测重金属离子的有效手段。 

目前已有的铬离子荧光探针多是荧光淬灭或荧光增强型的(文献1：徐基贵，张俊俊，陈志兵，陈玉，张莉.分析实验室，2011，30(1)，26-28；文献2：Z.Chen，L.Wang，G.Zou，M.Teng，J.Yu.Chin.J.Chem.2012，30，2844-2848；文献3：L.Ma，W.Cao，J.Liu，M.Zhang，L.Yang.Sens.Actuators B 2013，181，782-786；文献4：J.Jung，S.Han，J.Chun，C.Lee，J.Yoon.Dyes Pigments 2012，94，423-426.)。这些基于单波长发射的荧光探针易受一些因素的影响，比如：光漂白、探针分子的浓度、探针分子周围的微环境和光照射下的稳定性等。而比率型的测定方法能够克服上述因素的影响。荧光比率法是通过记录两个荧光发射峰的比率来实现对金属离子的检测的，它有利于增 加响应范围，减少环境因素的影响。 

近年来，三碳菁荧光染料越来越受到关注，并且被广泛地用来作为近红外荧光探针标记物应用于生物科学领域。因为三碳菁染料具有以下优点：摩尔吸光系数大，具有很好的刚性平面，荧光量子产率高并且其吸收和发射波长都在650-900nm的范围内，在这个范围内生物分子自身的荧光较弱，可以避免背景干扰而获得较高的分析灵敏度。因此三碳菁染料是性能优异的荧光母体，而基于三碳菁染料测定铬离子的比率型荧光探针尚未报道。由此可见，发明一种基于三碳菁染料的铬离子比率型荧光探针具有非常重要的意义。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三碳菁荧光染料结构新颖的Cr³⁺比率型荧光探针化合物。 

本发明的技术方案是，一种铬离子比率型荧光探针，其结构式如下： 

一种铬离子比率型荧光探针的制备方法，步骤如下： 

(1)N，N′-二(2-吡啶基甲基)哌嗪的合成：在反应器中，按摩尔比加入1份的无水哌嗪和3份的2-氯甲基吡啶盐酸盐，以无水甲醇作溶剂，在40-60℃下反应6～10h；冷却后加入的5份的氢氧化钠的甲醇溶液，搅拌10～30min后，静置过滤；减压蒸馏除去溶剂后得到粗产品，用硅胶柱色谱提纯，得到N，N′-二(2-吡啶基甲基)哌嗪； 

(2)铬离子比率型荧光探针的制备：在反应器中，按摩尔比加入1份的IR-780碘化物和4份的N，N′-二(2-吡啶基甲基)哌嗪在氮气保护下，以无水DMF作溶剂，室温下反应4～6h；减压蒸馏除去溶剂后得到粗产品后，用硅胶柱色谱提纯，得到铬离子比率型荧光探针。 

一种比率型荧光探针的应用，用于测定体系中Cr³⁺的含量 

本发明具有如下的技术效果，荧光探针合成步骤简单，目标产物产率高，容易分离提纯；其激发和发射光谱在可见区及红外区，荧光量子产率高，化学稳定性好，具有较好的水溶性，可以使用于中性条件下的水环境体系中Cr³⁺的测定；更重要的是，以两个不同的发射波长处荧光强度的比值I₅₆₁/I₇₅₅为信号参数，显著提高了检测的特异性与灵敏性，在0.1-10μM对Cr³⁺有很好的线性关系；此外，该探针对Cr³⁺具有良好的选择性，与其它的金属离子作用时荧光强度比值I₅₆₁/I₇₅₅基本不变。 

附图说明