一种简单的可比色识别焦磷酸根的化学传感体系

岳　攀，扶雄辉

(暨南大学化学系，广东 广州 510632)



一种简单的可比色识别焦磷酸根的化学传感体系

岳攀，扶雄辉

(暨南大学化学系，广东 广州 510632)

摘要：邻苯二酚紫、铜离子与邻二氮菲能形成一种三元络合物，构成一种简单的化学传感体系。该体系能够选择性识别水溶液中的焦磷酸根(PPi)，PPi的加入会引起溶液颜色由绿到黄的变化。PPi的紫外滴定实验表明，698 nm处的吸光度与PPi浓度在9～54 μmol·L-1范围内具有良好的线性关系(R=0.9902)，检出限为2.15 μmol·L-1。阴离子竞争实验表明，该识别过程具有较强的抗干扰性，其它阴离子)的过量存在基本不影响PPi的识别。

关键词：焦磷酸根；比色识别；指示剂置换；化学传感体系

近年来，基于指示剂置换策略设计的金属络合物探针备受关注，此过程是通过被测物、指示剂与受体金属络合物的竞争络合来实现的[5]。邻苯二酚紫(PV)是一种广泛使用的指示剂，在络合与游离状态时颜色变化显著，可以裸眼观察到识别过程。1,10-邻菲啰啉，又称邻二氮菲(Phen)，是一种很强的螯合剂，能与多种金属离子形成稳定的络合物。据报道，Cu2+、Phen和PV能形成三元络合物[6]，同时也有关于PPi-Cu-Phen络合物的报道[7]。基于指示剂置换策略，作者在此研究了PV-Cu-Phen体系对PPi的识别作用，判断其是否能构成一个识别PPi的化学传感体系。

1实验

1.1试剂与仪器

4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)，邻二氮菲(Phen)，邻苯二酚紫(PV)，硝酸铜，阴离子盐均为钠盐。所有试剂与溶剂均为分析纯，所用水为超纯水。

Cary5000型紫外可见分光光度计，Varian公司；雷磁PHS-3C型pH计，上海仪电科学仪器股份有限公司；miiner-v2.0型超纯水机，锐思捷科学仪器有限公司。

1.2溶液配制

4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)缓冲溶液：配成200mmol·L-1的水溶液，用0.1mol·L-1的NaOH调pH值至7。

邻二氮菲(Phen)溶液：用体积比1∶4的乙醇-水配成10mmol·L-1的Phen母液，再用超纯水稀释成1mmol·L-1溶液。

硝酸铜溶液、邻苯二酚紫(PV)溶液、阴离子溶液均用超纯水配成10mmol·L-1的母液，再取部分稀释成1mmol·L-1溶液。

1.3测试方法

依次用移液枪量取所需溶液于1cm石英比色皿中，用移液枪轻轻吹打混匀，加入一定体积的超纯水定容至2.5mL，在室温下作用7～8min后用紫外可见分光光度计测试350～800nm的吸光度。紫外滴定实验采取浓度梯度增大的方式进行。所有测试均在pH值为7的10mmol·L-1HEPES缓冲溶液中进行。

2结果与讨论

2.1吸收光谱

浓度为50μmol·L-1的不同组分在HEPES缓冲溶液中的吸收光谱如图1所示。

图1　不同组分的吸收光谱

由图1可看出，PV溶液在波长600 nm、444 nm处均有吸收峰，其中444 nm处有最大吸收峰；PV-Phen混合液的吸收曲线几乎与PV溶液一致，表明PV与Phen不发生作用；PV-Cu混合液只在623 nm处有最大吸收峰，表明PV与Cu2+形成了络合物；Cu-Phen混合液在测试波长范围内基本无吸收，但当PV、Cu2+和Phen同时存在时，体系在698 nm处有最大吸收峰，表明PV、Cu2+和Phen三者间形成了新的络合物。

2.2滴定实验

2.2.1Cu-Phen对PV的紫外滴定实验

为了研究PV、Cu2+和Phen三者间的作用情况，进行了Cu-Phen对PV的滴定实验。在HEPES缓冲溶液中，往50 μmol·L-1的PV溶液中慢慢加入物质的量比为1∶1的不同浓度的Cu-Phen混合液，分别测定紫外滴定曲线，结果见图2。

1～17.[Cu-Phen](μmol·L-1):0,5,10,12.5,17.5,22.5,

由图2可看出，随着Cu-Phen浓度的增大，PV在444 nm处的吸收峰强度逐渐减弱，在698 nm处的吸收峰强度逐渐增强，表明生成了新的络合物；当Cu-Phen浓度增大到约50 μmol·L-1，即与PV物质的量比为1∶1时，吸光度达到最大，继续增大Cu-Phen溶液浓度，吸光度基本不变，表明PV与Cu-Phen间的络合比为1∶1。

同样条件下往PV-Phen混合液中逐渐加入Cu2+并测定相应的紫外滴定曲线，发现当Cu2+浓度增大到50 μmol·L-1后吸收曲线基本无变化。表明PV、Cu2+和Phen间的络合比为1∶1∶1。后续实验中若无特殊说明，三者的浓度均为50 μmol·L-1。

2.2.2PPi对PV-Cu-Phen的紫外滴定实验

当往PV-Cu-Phen三元体系中逐渐加入PPi溶液时，吸收光谱发生了相反的变化(图3)：698 nm处的吸收峰强度逐渐减弱，444 nm处的吸收峰强度逐渐增强；当PPi浓度增大到100 μmol·L-1时，吸收曲线趋于稳定，基本恢复了PV的吸收曲线，溶液颜色也由绿色变为黄色，表明PPi能够将指示剂PV从传感体系PV-Cu-Phen中置换出来。

1～14.[PPi](μmol·L-1)：0,9,18,24,

2.3对阴离子的识别

1～16.PV，PV+Cu，PV+Cu+Phen，3+F-，3+Cl-，3+Br-，

图4PV-Cu-Phen加入不同阴离子后的吸收光谱

Fig.4 The absorption spectra of PV-Cu-Phen

with addition of different anions

由图4可看出，当加入其余12种阴离子时吸收曲线只发生了轻微的变化；而当加入同样浓度的PPi时，体系在698 nm处的吸收峰强度显著减弱，在444 nm处的吸收峰强度显著增强。表明该传感体系对PPi的识别具有很好的选择性。

对比PV在不同条件下的颜色也能得出相同的结论。在测试条件下PV溶液本身为黄色；当Cu2+存在时形成了二元络合物，溶液为蓝色；当Cu2+、Phen同时存在时，形成了新的三元络合物，溶液为绿色。当往PV-Cu-Phen三元体系中加入不同阴离子时，只有PPi能引起颜色的变化，恢复到PV的黄色。表明PV-Cu-Phen体系能够选择性识别PPi。

2.4阴离子竞争实验

为了研究PV-Cu-Phen传感体系对PPi的识别是否受其它共存阴离子的干扰，进行了阴离子竞争实验，结果如图5所示。

图5　在不同竞争离子存在下PV-Cu-Phen

由图5可看出，加入PPi后，体系的吸光度均显著降低，与单独加入100 μmol·L-1PPi接近。表明PV-Cu-Phen传感体系对PPi的识别具有较强的抗干扰性，基本不受其它阴离子影响。

2.5检出限的计算

将PPi滴定实验中698 nm处的吸光度变化值(ΔA)对PPi浓度作图，并进行线性拟合。结果发现，ΔA与PPi浓度在9～54 μmol·L-1范围内具有良好的线性关系(R=0.9902)。平行测定空白溶液12次并计算标准偏差σ，按3σ/k(k为线性方程的斜率)计算出PPi的检出限为2.15 μmol·L-1。

3结论

将Cu2+、Phen和PV在水溶液中按物质的量比1∶1∶1混合，构筑了一种简单的化学传感体系，紫外监测该体系在pH值为7的10 mmol·L-1HEPES缓冲溶液中能够高选择性地识别PPi，检出限为2.15 μmol·L-1。该体系操作简便、原料易得、识别过程具有较强的抗干扰性，并且能裸眼观察到体系颜色的变化，检出限低，可用于检测微量PPi。

参考文献：

[1]AOKI S,KIMURA E.Recent progress in artificial receptors for phosphate anions in aqueous solution[J].Journal of Biotechnology,2002,90(2):129-155.

[2]DOHERTY M,BELCHER C,REGAN M,et al.Association between synovial fluid levels of inorganic pyrophosphate and short term radiographic outcome of knee osteoarthritis[J].Annals of the Rheumatic Diseases,1996,55(7)：432-436.

[3]TIMMS A E,ZHANG Y,RUSSELL R G G,et al.Genetic studies of disorders of calcium crystal deposition[J].Rheumatology,2002,41(7)：725-729.

[4]RONAGHI M,KARAMOHAMED S,PETTE-RSSON B,et al.Real-time DNA sequencing using detection of pyrophosphate release[J].Analytical Biochemistry,1996,242(1)：84-89.

[5]FABBRIZZI L,MARCOTTE N,STOMEO F,et al.Pyrophosphate detection in water by fluorescence competition assays：Inducing selectivity through the choice of the indicator[J].Angewandte Chemie International Edition,2002,41(20)：3811-3814.

[6]OTOMO M.Mixed ligand complexes formed with copper(Ⅱ)-1,10-phenanthroline complex and some bidentate ligands[J].Analytica Chimica Acta,1972,61(3)：487-489.

[7]NADIA M,VORTHERMS A R,HOFFMAN A E,et al.Expanding monomeric pyrophosphate complexes beyond platinum[J].Inorganic Chemistry,2010,49(15)：6790-6792.

A Simple Chemosensing Ensemble for Colorimetric Recognition of Pyrophosphate

YUE Pan,FU Xiong-hui

(DepartmentofChemistry,JinanUniversity,Guangzhou510632,China)

Abstract：A ternary complex formed by pyrocatechol,copper ions and phenanthroline violet was used to construct a simple chemosensing ensemble.The ensemble showed high selective recognition to pyrophosphate(PPi),with a noticeable color change from green to yellow.UV-Vis Titration data of PPi indicated that the absorbance at 698 nm was proportional to PPi concentration in the range of 9～54 μmol·L-1(R=0.9902),whilst the detection limit was 2.15 μmol·L-1.The anion competitive experiments revealed that the ensemble displayed a better anti-interference ability,but other anions such as did not affect PPi recognition process.

Keywords：pyrophosphate;colorimetric recognition;indicator displacement;chemosensing ensemble

中图分类号：O 657.3

文献标识码：A

文章编号：1672-5425(2016)04-0059-03

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.04.015

作者简介：岳攀(1989-)，女，江西丰城人，硕士研究生，助理实验师，研究方向：离子识别，E-mail：tyuepan@jnu.edu.cn。

收稿日期：2015-12-26

基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(21614334)