[发明专利]一种检测环境中Pb2+的含氟荧光传感器及其制备与应用

说明书

技术领域

本发明涉及荧光传感器领域，具体涉及一种检测环境中低浓度铅离子的含氟荧光传感器。

背景技术

铅是一种有毒重金属元素，可以以元素形态通过不同形态在微生物、鱼类、动物中富集，通过食物链入侵人体，随血液进入脑组织，破坏人体的中枢神经，引起末梢神经炎，从而对人体带来严重的健康问题如：记忆力减退，肌肉麻痹。尤其对儿童易产生更大的危害，造成儿童精神发育迟缓。许多儿童体内血铅水平虽然偏高，但却没有特别的不适，轻度智力或行为上的改变也难以被家长或医生发现。这也是为什么儿童铅中毒在国外被称为“隐匿杀手”的原因。

由于铅的毒性强，中毒剂量小，我国规定自来水中可接受的铅最大浓度为50微克/升(0.05毫克/升)。根据相关文献报道测定铅的方法有境样品中重金属离子的常规仪器检测方法包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法等检测分析方法。这些方法需要大型仪器设备、专门的实验室用房和专业的操作技术人员。因此，发展一种方便快捷且高效灵敏的检测铅离子的方法成为当务之急。

近年来，化学传感器(Chemical Sensor)作为一种新型的检测方法备受关注。荧光传感器是化学传感器的一类，具有高度选择性和高灵敏度，尤其在分子识别领域发展迅速。其中，基于主客体识别的荧光传感器的研究较为突出，而硫桥杯芳烃因其独特的空腔结构和易修饰的特点，可以作为性能良好的主体分子通过化学修饰，实现对金属离子的特异性识别。国内外许多学者都基于硫桥杯芳烃，通过不同的荧光基团如芘基、罗丹明基、丹磺酰基等修饰，实现了对Cu²⁺和CN^-、Ag⁺、F^-、Fe³⁺、Cr³⁺、Hg²⁺等多种离子的识别检测。而这些基团由于结构复杂，产生较大的空间位阻影响硫桥杯芳烃对金属离子的识别作用，灵敏度也随之降低。含氟基团具有独特的吸电子功能和共轭效应，如2-氟-3-吡啶羧酸，虽然结构简单，由于氟原 子的存在，改变了电子云密度，使得整个含氟化合物的物理性质和化学性质发生很大改变，所以把含氟基团引入硫桥杯[4]芳烃作为荧光传感器具有一定的新颖性。因此，进一步设计合成此类含氟荧光探针有望应用于对环境中低浓度的Pb²⁺进行检测研究，前景广阔。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种针对性强、灵敏度高的检测环境中低浓度铅离子的含氟荧光传感器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种检测环境中Pb²⁺的含氟荧光传感器，该含氟荧光传感器为2-氟-3-吡啶酯基硫桥杯[4]芳烃衍生物，其结构如下：

该衍生物可作为荧光传感器有效识别Pb²⁺。

一种如上述的检测环境中Pb²⁺的含氟荧光传感器的制备，该制备方法包括以下几个步骤：

(1)在氮气保护下，将硫桥杯[4]芳烃溶于干燥的CH₂Cl₂中，加入无水三乙胺，磁力搅拌下溶解，得到混合溶液A；

(2)将步骤(1)所得的混合溶液置于冰水浴中，并在混合溶液A中滴加2-氟-3-吡啶酰氯的二氯甲烷溶液，滴加完毕后，撤走冰水浴，室温下继续搅拌12h，得到混合溶液B；

(3)将步骤(2)所述的混合溶液B蒸出溶剂，剩余产物中加入氯仿，充分溶解后依次进行蒸馏水洗、无水MgSO₄干燥除水、减压蒸干，得黄色固体；

(4)将步骤(3)所得黄色固体用硅胶层析柱提纯，即得2-氟-3-吡啶酯基硫桥杯[4]芳烃衍生物，作为荧光传感器。

其中，2-氟-3-吡啶酯基硫桥杯[4]芳烃衍生物荧光传感器的制备反应式如下：

步骤(1)所述的硫桥杯[4]芳烃通过以下步骤制得：

(a)在氮气保护下，在反应器中依次加入对叔丁基苯酚、升华硫、氢氧化钠和二苯醚，搅拌，4h后升温至140℃，恒温4h后再用4h升温至230℃，然后冷却至室温；

(b)在上述反应器中加入二甲苯进行溶解，用硫酸进行洗涤，直至洗涤液不再浑浊，加入乙醇，得到白色固体，静置后抽滤，然后进行干燥；