一种新型硫代香豆素类Hg2+荧光探针

蒋　浩　申和跃　常　通　孙小翠　丁　静

(泰山医学院化工学院，山东 泰安　271016)



一种新型硫代香豆素类Hg2+荧光探针

蒋浩申和跃常通孙小翠丁静

(泰山医学院化工学院，山东 泰安271016)

目的以香豆素母体为荧光团，设计合成一种新的Hg2 +荧光探针分子，6-硝基-3(4-甲基)苯基-2-硫代香豆素(TC)。方法在pH=7.4的HEPES缓冲溶液中，测定荧光探针TC及其与Hg2+作用后的紫外-可见及荧光光谱。 结果Hg2+浓度在1. 00 × 10-7～1. 30 × 10-5mol /L 范围内时，体系的荧光强度F与Hg2+浓度呈良好的线性关系，相关系数r为0.9972，线性回归方程F=34.53c+116.3，检出限为3.12 × 10-8mol /L。结论该荧光探针TC可作为检测Hg2+的荧光探针，对于Hg2+有着很好的选择性及很高的灵敏度。

硫代香豆素；汞离子；荧光探针

Hg2+一种具有较强毒性的环境污染物之一，被人体吸收后，会引起中枢神经系统、肾脏以及内分泌系统的疾病[1-3]。另外，无机汞被大量释放到自然环境中，可通过水生微生物的甲基化将其转化为毒性更大的甲基汞。可引起人体心血管疾病、失聪、失明甚至死亡[4-5]。因此，开发响应快、高灵敏、高选择性地检测Hg2+手段对环境保护及人类健康具有重大意义。目前，检测Hg2+的主要主要方法有电化学法，原子吸收光谱法、电感耦合等离子体-质谱法、化学发光等[6-8]。荧光光谱法具有灵敏度高方便、选择性好、操作快速简便、成本低等优点而备受关注[9-11]。香豆素类化合物由于具有荧光量子产率高、位移大、光稳定性好等优点，常被用作化学传感器中的荧光团或者识别基团，近几年香豆素类荧光探针的发展十分迅速。本研究基于脱硫反应机理，合成了一种以香豆素母体分子为荧光团的硫代香豆素荧光探针6-硝基-3(4-甲基)苯基-2-硫代香豆素(TC)，并对其性能进行了研究。实验表明，探针TC对Hg2+有较好的选择性和高的灵敏度。

1　 实验部分

1.1 仪器和试剂UV 2450PC(日本岛津)紫外-可见分光光度计；RF-5301 PC(日本岛津)荧光分光光度计； pHS-3C 型酸度计。硫代香豆素荧光探针化合物TC储备液(1 mmol/L)的制备:称取0. 0285 g探针TC，用乙醇溶解，转移至100 ml容量瓶中，用乙醇定容。使用时适当稀释。Hg2+储备液( 1 mmol/L ) 的制备: 称取0. 0318 g Hg( Ac)2溶解于100 ml 3% 硝酸稀溶液中，配成 1 mmol/L的Hg2+储备液，使用时稀释至所需浓度。HEPES缓冲溶液的制备:称取11.916 g HEPES 溶解于400 ml 蒸馏水中，滴加NaOH 水溶液调节至pH=7.4，移至500 ml容量瓶中，蒸馏水定容，于4 ℃保存。所用试剂均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。

1.2 探针TC 的合成图1为硫代香豆素荧光探针TC 的合成路线。

图1　荧光探针TC 的合成

1.2.16-硝基-3(4-甲基)苯基香豆素(化合物1)的合成将对甲基苯乙酸3.881 g，加入到50 ml烧瓶中，量取乙酸酐20 ml，与2-羟基-5-硝基苯甲醛4.509 g于烧瓶中，搅拌使固体溶解完全。加入三乙胺 5 ml，氮气保护下加热至流15 h。将反应混合液冷却至室温，加入40 ml冰水，剧烈搅拌，析出大量固体。抽滤，乙醇重结晶，得浅黄色固体。产率75%。

1.2.26-硝基-3(4-甲基)苯基-2-硫代香豆素(TC)的合成0.285 g化合物1 和0.365 g劳森试剂于50ml烧瓶中，加入20 ml甲苯，110 ℃回流反应8 h，冷却，过滤，得到黄色固体，产率为47%。

1.3 实验方法于10 ml 比色管中依次加入1 ml 缓冲溶液(pH =7.4)、1.00 ml 1.00 × 10-4mol/L TC溶液及不同浓度的Hg2+溶液，用水定容至刻度线。摇匀，放置5 min 后测定。实验中，荧光分光光度计设置参数为: λex= 300 nm，λem=401 nm，激发狭缝宽度为10 nm，发射狭缝宽度为10 nm。

2　结果与讨论

2.1Hg2+对探针TC的紫外-可见滴定光谱在探针TC浓度为10 μmol/L 的溶液中加入不同量的Hg2+溶液，测定其紫外-可见吸收光谱，如图2 所示。结果表明：在没有加入Hg2+时，探针TC的最大吸收波长为324 nm，随着Hg2+的不断加入，探针TC在324 nm处的吸收逐渐降低，而在256 nm处出现一个新的吸收峰，且随着Hg2+的不断加入，探针TC在256 nm处的吸收逐渐增强。

图2　探针TC及加入不同量的Hg2+时的紫外-可见滴定光谱

在pH=7.4的HEPES缓冲溶液中，探针TC浓度为10 μmol/L；c Hg2+( 1～8 ): 0，1.00× 10-7，5. 00 × 10-7，1.00× 10-6，3.00 × 10-6，5.00 × 10-6，7.00 × 10-6，9.00 × 10-6，1.10 × 10-5，1.30 × 10-5mol/L。

2.2Hg2+对探针TC的荧光滴定光谱在探针TC浓度为10 μmol/L 的溶液中加入不同量的Hg2+溶液，测定其荧光光谱，如图3所示。结果表明：在没有加入Hg2+时，探针TC的荧光强度较弱，最大发射波长为401 nm(λex=300 nm)，随着Hg2+的加入，探针TC的最大发射波长发生了蓝移，蓝移至387 nm，且随着Hg2+的浓度增大溶液的荧光强度明显增强，强度增强约8倍。现象表明：当加入Hg2+后，硫代香豆素母体上的硫原子会与Hg2+结合发生脱硫反应，脱硫反应导致氧原子取代了硫原子生成了未被硫代的香豆素，而硫代香豆素的荧光强度要远低于未被硫代的香豆素，这样就会使分子的荧光强度增强。

图3　探针TC及加入不同量的Hg2+时的荧光滴定光谱

在pH=7.4的HEPES缓冲溶液中，探针TC浓度为10 μmol/L；c Hg2+( 1～8 ): 0，1.00×10-7，5. 00×10-7，1.00×10-6，3.00×10-6，5.00×10-6，7.00×10-6，9.00×10-6，1.10×10-5，1.30×10-5mol/L。

2. 3探针的选择性考察了探针TC对其它金属离子的选择性，如图4所示。结果表明：K+，Ba2+(100倍)；Pb2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Ag+、Fe3+、Cu2+，Mn2+( 50倍) 对探针的响应很小。因此，探针TC对Hg2+有较好的选择性。

图4　探针TC对不同金属离子的荧光选择性

在pH =7.4的HEPES缓冲溶液中，探针TC浓度为10 μmol/L；λex=300 nm，λem=401nm；1.空白；2. K+；3.Ba2+；4.Pb2+；5.Ni2+；6.Co2+；7.Zn2+；8.Ag+；9.Fe3+；10.Cu2+；11.Mn2+；12.Hg2+。

2. 4工作曲线与检出限由图3不同浓度Hg2+对荧光探针荧光强度的影响结果表明，当Hg2+浓度在1. 00×10-7～1. 30×10-5mol/L范围内时，体系的荧光强度F与Hg2+浓度呈良好的线性关系如图5所示，相关系数r为0. 9972，线性回归方程F = 34.53c+116.3，式中c为Hg2+的浓度(×10-6mol/L)。检出限(LOD)由方程式LOD=KS0/S计算，得检出限为3.12×10-8mol/L。

图5　Hg2+浓度与体系荧光强度之间的线性关系

在pH =7.4的HEPES缓冲溶液中，探针TC浓度为10 μmol /L ；λex=300 nm，λem=401 nm。

3　结　论

本研究设计合成了一种新型的以香豆素母体分子为荧光团的硫代香豆素荧光探针6-硝基-3(4-甲基)苯基-2-硫代香豆素(TC)，并对其性能进行了研究。研究发现: Hg2+浓度在1.00×10-7～1.30×10-5mol/L 范围内时，体系的荧光强度F与Hg2+浓度呈良好的线性关系，检出限为3.12×10-8mol/L。该荧光探针TC可作为检测Hg2+的荧光探针，对于Hg2+有着很好的选择性及很高的灵敏度。

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A thiocoumarin-derived fluorescent probe for detecting Hg2+

JIANG Hao SHEN He-yue CHANG Tong SUN Xiao-cui DING jing

(School of Chemical Engineering , Taishan Medical University, Taian 271016, China)

Objective: To design and synthesise A new thiocoumarin-derived fluorescent probe for Hg2+based on 6-nitro -3 (4- methyl) phenyl -2-thiocoumarin (TC). Methods: In pH=7.4 HEPES buffer solution, the UV-Vis and fluorescence spectroscopy of fluorescence probe TC and TC-Hg2+were determined. Results: There was a good linear relationship between the fluorescence intensity of TC and the concentration of Hg2+in the range of 1.00 × 10-7mol·L-1to 1.30 × 10-5mol·L-1(r=0.9972), regression equation wasF= 34.53c+116.3. The detection limit for Hg2+was 3.12 × 10-8mol·L-1. Conclusion: The probe shows unique selectivity and high sensitivity to Hg2+and it can be used as the fluorescent probe to detect Hg2+.

thiocoumarin derivatives; mercury ion; fluorescent probe

国家级大学生创新创业训练项目，山东省安全生产科技发展计划项目。

蒋浩(1993—)，男，山东曲阜人，2012级应用化学专业本科生。

丁静，E-mail: dj742122@163.com。

O657.3

A

1004-7115(2016)09-1001-03

10.3969/j.issn.1004-7115.2016.09.011

2016-04-26)