热点文章 - 全国化学试剂信息中心.《化学试剂》期刊

【荧光探针专题】新型久洛尼定类席夫碱荧光探针的合成及Al3+的灵敏检测

2024-12-04 09:56

引用本文:高桓，胡紫雯，马振宇，等. 新型久洛尼定类席夫碱荧光探针的合成及Al³⁺的灵敏检测[J]. 化学试剂, 2024, 46(10):44-51.

DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2024.0291

2024.0291.pdf（全文PDF下载）

背景介绍

铝作为地球上储量丰富的金属，在日常生活的众多领域得到了广泛运用。然而，摄入过量的铝离子会对人体产生危害，世界卫生组织对此设定了摄入量的相关建议。铝污染不仅对人体健康构成威胁，还会给植物的生长带来不良影响，正因如此，对 Al³⁺的检测备受关注。传统的Al³⁺分析技术因设备复杂和样品准备繁琐而难以实时应用。荧光技术以其高灵敏度、低消耗和简易的操作程序而具有明显优势，但现有的荧光传感器往往难以具备所有理想特性。具有良好水溶性的久洛尼定基团，以及希夫碱衍生物，均是设计 Al³⁺荧光探针的理想骨架结构。

文章亮点

1.设计合成了两种基于久洛尼定的新型希夫碱荧光探针D和J，它们对 Al³⁺灵敏且响应迅速，检测限低于我国饮用水标准中 Al³⁺的限制浓度；

2.通过¹HNMR和Job曲线分析，证实探针 D 和 J 与 Al³⁺形成 1:1 配合物，配位后荧光信号明显增强；

3.探针 J分子结构中吡啶氮有利于参与 Al³⁺配位，能够显著提高配合物荧光强度，可实现裸眼识别；新型探针为 Al³⁺快速检测提供有力工具，在环保等领域应用前景广阔。

内容介绍

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

1.2 实验方法

化合物的合成路线如图1、2所示。

2 结果与讨论

2.1 荧光探针D的性质

2.1.1 荧光探针D对pH的光学响应

pH值在传感器的应用中起着重要作用，因此测试了荧光探针D在不同pH值下对Al³⁺的荧光响应，如图3所示，在pH 3~9范围内，未加入Al³⁺时，探针D几乎没有荧光；与Al³⁺配合后，在pH 5~5.7之间的荧光发射增强，且保持稳定。因此，选择pH 5.4作为整个测定体系pH值。

2.1.2 荧光探针D的光学响应

在选择性实验中，测试了荧光探针D对各种金属离子（Al³⁺、Ba²⁺ 、Ca²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Hg²⁺、K⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Na⁺、Ni²⁺、Pb²⁺和Zn²⁺）的荧光响应，如图5a所示，在DMSO溶液（pH 5.4）中，探针D对Al³⁺有着很强的选择性，在与Al³⁺结合后荧光显著增强，除此之外Zn²⁺也存在荧光增强的现象，但荧光强度与Al³⁺相比较弱，且Al³⁺在540 nm处呈黄色荧光，Zn²⁺在548 nm处呈橙色荧光（图5b），正常光下目测为橙色和黄色溶液，可以很好的区分两个离子（图5b插图）。

2.2 荧光探针J的性质

2.2.1 荧光探针J对pH的光学响应

测试了荧光探针J在不同pH值下对Al³⁺的荧光响应，如图11所示，在pH 2~9范围内，未加入Al³⁺时，探针J几乎没有荧光；与Al³⁺配合后，在pH 5.57荧光发射增强，且保持稳定。因此在后续实验中选择pH 5.4的DMSO溶液进行测试。

2.2.2 荧光探针J的光学响应

在选择性实验中，测试了荧光探针J对各种金属离子（Al³⁺、Ba²⁺ 、Ca²⁺、Co²⁺、Cu²⁺、Cr³⁺、Fe³⁺、Hg²⁺、K⁺、Mg²⁺、Mn²⁺、Na⁺、Ni²⁺、Pb²⁺和Zn²⁺）的荧光响应，如图13a所示，J对Al³⁺有着很强的选择性，在与Al³⁺结合后荧光显著增强，除此之外Zn²⁺也存在荧光增强的现象，但荧光强度与Al³⁺相比较弱，且Al³⁺在508 nm处呈绿色荧光，Zn²⁺在520 nm处呈现出微弱的绿色荧光，能够有效区分两个离子（图13b）。

2.2.3 结合模式研究

为了更深入地了解荧光探针J和Al³⁺之间的结合化学计量，通过等物质的量连续变换法检测了J与Al³⁺的结合比，绘制了Job图，由图16可以看出在J与Al³⁺的物质的量比为0.55时，荧光发射强度最大，可以近似看做物质的量比1:1，表明J与Al³⁺是按1:1的比例结合的。

3 结论

设计合成了两种基于久洛尼定的新型希夫碱荧光探针D和J，它们对Al³⁺具有高灵敏度和快速响应特性，检测限远低于我国饮用水标准中Al³⁺的限制浓度。通过¹HNMR和Job曲线分析，证实了探针D和J与Al³⁺形成了化学计量比1:1的配合物，并通过配位作用增强了荧光信号。特别是探针J，其结构有利于吡啶参与Al³⁺的配合，增强分子的刚性，减弱非辐射跃迁，提高Al³⁺检测时的荧光强度，即使在裸眼观察条件下也能展现出强烈的荧光信号。这些新型荧光探针为Al³⁺快速检测提供了有力工具，并在环境保护等领域具有广阔应用前景。

上一篇： 【荧光探针专题】香豆素席夫碱类...

下一篇： 【荧光探针专题】有机硒化合物荧...