[发明专利]一种优化罗丹明类荧光探针结构的方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理领域中的检测重金属离子，涉及一种优化罗丹明类荧光探针结构的方法。

背景技术

随着我国经济与工业的快速发展，大量的工厂污水排放入江河湖泊，其中含有大量的重金属离子类无机污染物。这类污染物不会像有机污染物那样在环境中被快速分解，它们可能会长期残留在环境中，产生持久的污染，进入人体后的对人体的健康会产生严重危害。如果用含重金属离子的废水和污泥对农田进行农田灌溉和施肥，会造成重金属离子在农作物和水生生物中的富集和积蓄，通过食物链对人体造成更为严重的危害。因此对重金属离子的监测和防护工作一直受到人们的广泛关注。

重金属离子常用的检测方法包括原子吸收光谱和等离子体发射光谱，以及荧光探针等手段。其中，原子吸收光谱和等离子体发射光谱选择性好，灵敏度高和测量范围广等优点，但是它们对仪器要求高，成本高昂。荧光探针检测技术兼备选择性专一、灵敏度高和快速便捷等优点，逐渐成为化学、环境科学及生命科学等众多领域中应用前景非常广泛的分析检测技术，同时也很容易应用于重金属离子的实时检测。但是，由于很多重金属离子对荧光探针有较强的淬灭作用，该方法的发展受到了一定的阻碍。因此，设计合成新型针对重金属离子的荧光探针已成为目前研究的热点和难点。

人们在利用分子识别原理设计各种适用于重金属离子检测的荧光探针方面取得了极大的成功，并广泛应用于化学、生物学和环境科学等领域。其中，罗丹明类荧光分子因具有良好的光稳定性、对pH不敏感、发射波长和高量子产率等优点成为该方法最重要的荧光探针母体之一。

为了实现对罗丹明类荧光探针的优化和改进，需要了解探针与重金属离子的结合方式，为探针的改进提供基础。因此，发展一种方法，直接在微观层面分析荧光探针与重金属离子的结合模式，能显著提高设计效率，为罗丹明类荧光探针的优化与改进提供理论依据与指导。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种研究罗丹明类荧光探针与重金属离子结合模式的方法，以用于对探针的优化与改进。

为实现本发明，所提供的技术方案包括以下步骤：

1)选取一种荧光探针和一种重金属离子作为研究对象。通过ChemDraw画体系的结构式，在此基础上制作Gaussian的输入文件。

2)寻找二者多种可能的几何构象。分别制作不同构象对应的Gaussian输入文件。

3)采用量子化学模拟软件Gaussian优化体系的稳定结构，采用b31py方法，使用6-31G*基组，优化体系结构，并计算相应优化结构的能量。其中结合能最低的体系为最可能的稳定结构。

4)为确认可能的稳定结构，对能量最低的几个构型的振动频谱进行计算。如果存在虚频，说明该复合物可能是过渡态结构，如果最低频率为正，说明该复合物是稳定结构。

本发明中采用量子化学模拟方法预测罗丹明类荧光探针与重金属离子的结合模拟，弥补实验无法直接观测的缺陷。利用量子化学模拟软件，直接进行模拟，并可根据计算结果对罗丹明类荧光探针进行优化及改进。因此，本发明提供了一种荧光探针与重金属离子结合模式评估方法。

附图说明

图1为罗丹明类荧光探针(L1)的结构图。

图2为罗丹明衍生物(L1)与二价汞离子(Hg²⁺)几种可能构象中最稳定的构象。

具体实施方式

为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例：

1)选取一种罗丹明衍生物(L1)作为荧光探针，选取二价汞离子(Hg²⁺)作为重金属离子。通过ChemDraw对该体系建模。

2)图1为L1的结构图，从图中可以看出，该结构除去罗丹明单元外，有一个修饰基团，该基团中有两个双键。与Hg²⁺结合时，该修饰基团有4种可能构象，即trans-trans，cis-cis，trans-cis，cis-trans。由于考虑到L1中的三个氧原子需与Hg²⁺配位，所以仅考虑trans-cis和cis-cis两种构象。

由于L1-Hg²⁺配合物中的Hg²⁺有两种可能的配位方式，即4配位及6配位。这里分别考虑了L1-Hg²⁺配合物与1个水分子和3个水分子的结合能。