一种对Mg2+和Ga3+具有高选择性识别功能的试剂及其识别方法

摘要

本发明公开了一种对Mg2+和Ga3+具有高选择性识别功能的试剂，所述试剂中包含有探针A，探针A的分子式为：C17H13N2O2，结构式为：本发明能够高灵敏、高选择性地检测识别pH值中性水溶液中的Mg2+或Ga3+，同时，操作简单，测试结果可视，分析更直接。

说明书

技术领域

本发明涉及一种对Mg²⁺和Ga³⁺具有识别功能的试剂及其识别方法，特别是一种对Mg²⁺和Ga³⁺具有高选择性识别功能的试剂及其识别方法。

背景技术

金属广泛存在于自然界中，其中的一些元素在较低浓度时对生物具有极强的危害，如镁元素以碳酸镁的形式存在时容易形成水垢，水垢容易造成肠胃消化和吸收功能紊乱及便秘，使胃炎及肾结石、尿道结石等各类结石的发病率提高；牙垢、牙周炎经常由水垢引起；可致人死命，至今仍无疫苗可预防的军团病菌，就藏匿在水垢中。镁离子被长期小量的摄入体内，可引起人体消化、神经、呼吸和造血系统的病变和功能障碍，对人体健康造成严重的伤害；另外一些元素在生命过程中扮演的角色，如稼以硝酸稼、氯化稼等形式应用于医学和生物学领域,如用于抗癌,对恶性肿瘤,晚期高血钙及某些骨病的诊治和治疗等，但是人们对体内的Ga³⁺吸收机制，转运载体以及细胞内的作用机理不明晰。因此，建立快速、高效的金属检测方法在生命科学、环境科学、医学科学以及农业生产等方面都具有重要意义，近年来，检测Mg²⁺的方法累见报道，但Ga³⁺的检测方法目前很少。

荧光光谱法操作方便、不需预处理、对样品没有破坏、成本低和不受外界电磁场的影响等一系列的优点而受到越来越多的关注。设计合成对Mg²⁺或Ga³⁺具有高选择性的荧光探针，同时可实现对Mg²⁺或Ga³⁺的可视法检测,这样高效精确的检测方法在医学和生物学领域都有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种对Mg²⁺和Ga³⁺具有高选择性识别功能的试剂及其识别方法。本发明能够高灵敏、高选择性地检测识别pH值中性水溶液中的Mg²⁺或Ga³⁺，同时，操作简单，测试结果可视，分析更直接。

本发明的技术方案：一种对Mg²⁺和Ga³⁺具有高选择性识别功能的试剂，所述试剂中包含有探针A，探针A的分子式为：C₁₇H₁₃N₂O₂，结构式为：

前述的对Mg²⁺和Ga³⁺具有高选择性识别功能的试剂，所述试剂通过如下方法制备：

(1)以2-羟基-1-萘甲醛和4-吡啶甲酰肼为原料，以无水乙醇为溶剂进行反应；

(2)将步骤(1)的反应物取出进行冷却至室温，有黄色沉淀产生，过滤后得到黄色固体，然后烘干得探针A；

(3)将探针A用无水乙醇溶解，得试剂。

前述的对Mg²⁺和Ga³⁺具有高选择性识别功能的试剂，所述试剂通过如下方法制备：

(1)以2-羟基-1-萘甲醛和4-吡啶甲酰肼为原料，以无水乙醇为溶剂，在60-75℃下反应18-24h；

(2)将步骤(1)的反应物取冷却至室温过滤，所得黄色固体，在60-80℃真空干燥箱烘干12h得探针A；

(3)将探针A用无水乙醇溶解，得试剂。

前述的对Mg²⁺和Ga³⁺具有高选择性识别功能的试剂，所述试剂中探针A的浓度为1.00×10^-5mol·L^-1。

一种前述的对Mg²⁺和Ga³⁺具有高选择性识别功能的试剂的识别方法，是向所述试剂中滴入待识别样品，得样品溶液，对样品溶液进行荧光激发并测试分析荧光激发的荧光波长即可。

前述的对Mg²⁺和Ga³⁺具有高选择性识别功能的试剂的识别方法，所述荧光激发的激发波长为355-375nm。

前述的对Mg²⁺和Ga³⁺具有高选择性识别功能的试剂的识别方法，当加入待识别样品并识别到Mg²⁺时，试剂的荧光激发最大发射波长为537nm。

前述的对Mg²⁺和Ga³⁺具有高选择性识别功能的试剂的识别方法，当加入待识别样品并识别到Ga³⁺时，试剂的荧光激发发射波长为498nm。

本发明的有益效果：

1、本发明用于pH值中性的水溶液中Mg²⁺或Ga³⁺离子的定性和定量分析，定量分析的线性浓度最低值为1.0×10^-7mol·L^-1，定性分析检测限低，分别为:7.036×10^-7mol·L^-1和3.459×10^-7mol·L^-1(分别如附图7和附图8所示)。

2、其它共存常见阳离子不干扰测定。

3、本发明高灵敏、可视化。

此外，本发明首次报道了一种能检测中性溶液中Mg²⁺或Ga³⁺离子的荧光探针，其可广泛应用于医学和生物学领域。

为进一步说明本发明的有益效果，发明人做了如下实验：

一、定量分析测试

1、称取29.1毫克探针A用无水乙醇溶解，配制成10.0mL的试剂，浓度为1.0×10^-2mol·L^-1，根据需要用蒸馏水逐级稀释到1.00×10^-4mol·L^-1的浓度。

2、称取优级纯高氯酸盐配制成100mL水溶液，金属离子浓度为1.00×10^-3mol·L^-1，根据需要用蒸馏水逐级稀释。

3、取5个10.0mL容量瓶中分别加入试剂1.0mL，然后分别加入浓度为1.00×10^-4mol·L^-1,体积为0、0.2、0.5、1和2毫升的Mg²⁺或Ga³⁺离子溶液稀释至刻度摇匀，室温放置5分钟。

4、引入荧光光谱进行测定，激发波长355-375nm。

5、以Mg²⁺或Ga³⁺离子浓度为横坐标，荧光强度为纵坐标，得到工作曲线。

6、样品测定，取10.0mL容量瓶，加入1.0mL探针A浓度为1.00×10^-4mol·L^-1的试剂，然后加入被测Mg²⁺或Ga³⁺离子溶液，稀释至刻度，室温放置5分钟，引入3.0cm的石英比色皿进行荧光测定，根据荧光强度在工作曲线上查出样品浓度，检测识别的最低浓度值为1.0×10^-7mol·L^-1。

二、其他金属阳离子荧光激发对比实验

分别配制阳离子浓度为1.00×10^-4mol·L^-1的且只含Li⁺、Na⁺、Cs⁺、K⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Ba²⁺、Co²⁺、NH₄⁺、Mg²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Ga³⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺、Mg²⁺或Ga³⁺的中性水溶液，将中性水溶液分别利用本发明的方法(激发波长367nm)进行识别，结果如附图2所示，只有在识别只含Mg²⁺和Ga³⁺的中性溶液时，分别在537nm和498nm处荧光增强，而且在365nm紫外光灯照射下分别发出黄色荧光和绿色荧光。

三、不同浓度的Mg²⁺和Ga³⁺的中性溶液激发测试

在C₂H₅OH/H₂O(v/v,1/100)溶剂中探针A的浓度为1.00×10^-5mol·L^-1，分别用Mg²⁺或Ga³⁺溶液滴定,随着Mg²⁺或Ga³⁺的加入，分别测得的荧光光谱(测试的激发波长为367nm)，分别对应附图3和附图4，在537nm和498nm处的发射峰强度逐渐升高。

四、抗干扰试验

在探针A浓度为1.00×10^-5mol·L^-1试剂中，加入1.00×10^-4mol·L^-1的Mg²⁺或Ga³⁺后荧光显著增强(分别对应图5和图6)。再分别向A-Mg²⁺混合溶液或A-Ga³⁺中加入1.00×10^-3mol·L^-1的其他阳离子Li⁺、Na⁺、Cs⁺、K⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、Ba²⁺、Co²⁺、NH₄⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Ag⁺、Cu²⁺、Pb²⁺和Hg²⁺后的荧光强度变化。

图中双柱形图的左侧表示试剂中加入Mg²⁺或Ga³⁺的荧光强度。右侧表示在A-Mg²⁺混合溶液或A-Ga³⁺混合溶液中分别加入上述其他阳离子共存后的荧光强度变化。结果表明荧光试剂A检测Mg²⁺或Ga³⁺的荧光强度，不受上述其他阳离子的影响。

附图说明

图1荧光探针A的结构图；

图2荧光探针A(1.00×10^-5mol·L^-1)溶液在不同阳离子(1.00×10^-4mol·L^-1)Li⁺,Na⁺,Cs⁺,K⁺,Ca²⁺,Fe²⁺,Fe³⁺,Ba²⁺,Co²⁺,Mg²⁺，NH₄⁺，Ni²⁺,Mn²⁺,Ga³⁺，Zn²⁺,Ag⁺,Cu²⁺,Pb²⁺和Hg²⁺存在下的荧光光谱；

图3为不同浓度的Mg²⁺对探针A的荧光滴定光谱图；

图4为不同浓度的Ga³⁺对探针A的荧光滴定光谱图；

图5共存阳离子对试剂A荧光法检测Mg²⁺的影响；

图6共存阳离子对试剂A荧光法检测Ga³⁺的影响；

图7探针A对Mg²⁺识别最低检测限(LOD＝3σ/K，K为线性斜率，σ是5次样品检测值的标准偏差)对应；

图8探针A对Ga³⁺识别最低检测限(LOD＝3σ/K，K为线性斜率，σ是5次样品检测值的标准偏差)对应。

具体实施方式

实施例1：一种对Mg²⁺和Ga³⁺具有高选择性识别功能的试剂，所述试剂中包含有探针A，探针A的分子式为：C₁₇H₁₃N₂O₂，结构式为：

上述试剂通过如下方法制备：

(1)以2-羟基-1-萘甲醛和4-吡啶甲酰肼为原料，以无水乙醇为溶剂，在70℃反应20h；

(2)将步骤(1)的反应物取出进行冷却至室温，有黄色沉淀产生，过滤后得到黄色固体，然后在70℃真空干燥箱烘干12h得探针A；

(3)将探针A用无水乙醇溶解，配制成浓度为1.00×10^-5mol·L^-1的试剂。

利用上述试剂识别Mg²⁺和Ga³⁺的方法，是向所述试剂中滴入待识别样品，得样品溶液，并用365nm的激发波长对样品溶液进行荧光激发并测试分析荧光激发的荧光波长；当加入待识别样品并识别到Mg²⁺时，试剂的荧光最大发射波长为537nm；当加入待识别样品并识别到Ga³⁺时，试剂的荧光最大发射波长为498nm。

实施例2：一种对Mg²⁺和Ga³⁺具有高选择性识别功能的试剂，所述试剂中包含有探针A，探针A的分子式为：C₁₇H₁₃N₂O₂，结构式为：

上述试剂通过如下方法制备：

(1)以2-羟基-1-萘甲醛和4-吡啶甲酰肼为原料，以无水乙醇为溶剂，在60℃反应24h；

(2)将步骤(1)的反应物取出进行冷却至室温，有黄色沉淀产生，过滤后得到黄色固体，然后在60℃真空干燥箱烘干12h得探针A；

(3)将探针A用无水乙醇溶解，配制成浓度为1.00×10^-5mol·L^-1的试剂。

利用上述试剂识别Mg²⁺和Ga³⁺的方法，是向所述试剂中滴入待识别样品，得样品溶液，并用375nm的激发波长对样品溶液进行荧光激发并测试分析荧光激发的荧光波长；当加入待识别样品并识别到Mg²⁺时，试剂的荧光最大发射波长为537nm；当加入待识别样品并识别到Ga³⁺时，试剂的荧光最大发射波长为498nm。

实施例3：一种对Mg²⁺和Ga³⁺具有高选择性识别功能的试剂，所述试剂中包含有探针A，探针A的分子式为：C₁₇H₁₃N₂O₂，结构式为：

上述试剂通过如下方法制备：

(1)以2-羟基-1-萘甲醛和4-吡啶甲酰肼为原料，以无水乙醇为溶剂，在75℃反应18h；

(2)将步骤(1)的反应物取出进行冷却至室温，有黄色沉淀产生，过滤后得到黄色固体，然后在80℃真空干燥箱烘干12h得探针A；

(3)将探针A用无水乙醇溶解，配制成浓度为1.00×10^-5mol·L^-1的试剂。

利用上述试剂识别Mg²⁺和Ga³⁺的方法，是向所述试剂中滴入待识别样品，得样品溶液，并用355nm的激发波长对样品溶液进行荧光激发并测试分析荧光激发的荧光波长；当加入待识别样品并识别到Mg²⁺时，试剂的荧光最大发射波长为537nm；当加入待识别样品并识别到Ga³⁺时，试剂的荧光最大发射波长为498nm。