2-氨基对苯二甲酸荧光传感器检测Fe3+

（闽南师范大学 化学化工与环境学院，福建 漳州 363000）

铁是人体必需的微量元素，本身不具有毒性，它参与细胞色素和其他酶的合成以及氧的运输[1]，但铁离子的异常会引起血红蛋白血症、肝肾损害、糖尿病和心脏病等疾患[2-3]. 考虑到铁离子在生命和环境体系中的重要性，开发选择性好、灵敏性度高的铁离子检测手段具有实际意义[4]. 目前，用于饮用水中痕量 Fe3+检测的方法主要有原子吸收光谱[5]、电感耦合等离子体质谱[6]、电化学法[7]、化学发光法[8]、分光光度法[9]等. 这些方法大都存在仪器昂贵、操作复杂、维护繁琐等缺点，其应用受限.

荧光法具有检测时间短、操作简单、检测灵敏度高等优势[6,10]，各种各样的荧光多孔检测材料被陆续研发与报道 . 由于有机小分子具有合成简单、绿色环保、稳定性强、荧光产率高等优点，其可作为潜在的荧光传感器. 2-氨基对苯二甲酸（简称 ATA）是一种有机小分子，能直接从药剂公司购买，因此利用2-氨基对苯二甲酸检测Fe3+具有很好的实用性和简便性，本文采用有机小分子2-氨基对苯二甲酸作为一种有机小分子荧光传感器直接检测水体中的 Fe3+.

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

UV-1600PC紫外可见分光光度计（上海美谱达仪器有限公司）；荧光分光光度计ary Edipse（美国Varian公司）；三用紫外分析仪WFH-203B（杭州汇尔仪器设备有限公司）；Necolet360傅立叶变换红外光谱仪（美国Necolet仪器公司）.

2-氨基对苯二甲酸（ATA）（分析纯 Aldrich chemical reagent Co、LTD）；无水乙醇、氯化钠、硝酸铜、硫酸镉、硫酸锌、氯化汞、氯化锰、硝酸铝、硝酸铬、硝酸铅、硝酸钴、硝酸银、硝酸镍、氯化钾、硝酸亚铁、硝酸铁（实验所用试剂皆为分析纯，西陇化工股份有限公司）.

1.2 ATA检测液的制备

准确称取15 mgATA于装有1 L去离子水的烧杯中，用保鲜膜密封超声1 h，使得ATA完全分散于去离子水中，得到配置好的 ATA检测液（15 m g/L）. 将此溶液放到365 nm的紫外灯下，可以看到明显的蓝色荧光.

1.3 实验方法

10 mL不加 Fe3+和加入3100 μmol/L Fe+的 ATA检测液同时置于紫外灯下进行对比、拍照，再用荧光分光光度计检测其荧光（激发波长为340 nm，狭缝比为 :5 5，发射波长为445 nm）.

2 结果与讨论

2.1 ATA荧光检测3+Fe 的可行性实验

ATA检测液在有无 Fe3+存在下的激发与发射荧光光谱如图1-a所示：无 Fe3+时，ATA检测液的激发和发射荧光强度为900；加入 Fe3+后，ATA检测液的荧光激发和荧光发射峰强度（520 nm左右）都明显减弱. 从图1-b荧光检测照片可以看出：在紫外灯下，加入 Fe3+的ATA检测液荧光现象发生明显变化，产生了猝灭效果. 综上，ATA检测液对 Fe3+具有荧光猝灭作用.

图1 ATA检测液在有无 Fe3+存在下的荧光图

2.2 ATA检测金属离子的选择性和干扰性

2.2.1 选择性

为了检验 ATA检测液对 Fe3+检测的选择性，在相同的实验条件下，分别向原检测液中加入100 μmol/L的 Fe3+、Na+、 Cu2+、 Cd2+、Zn2+、 Hg2+、 Mn2+、 Al3+、 Cr3+、 Pb2+、 Co3+、Ag+、 Ni2+、K+、 Fe2+离子，用荧光分光光度计测其荧光强度. 由图2可见： Fe3+比其他金属离子对 ATA检测液产生了更强的荧光猝灭效果，即其他离子（除了 Cu2+）对ATA检测液几乎不产生猝灭效果. 实验证明了 ATA检测液对Fe3+检测的高选择性.

图2 ATA检测原液及其加入不同金属离子后的荧光光谱图

2.2.2 干扰性

为了检验ATA检测液在其他金属离子干扰下检测 Fe3+的性能，在相同的实验条件下，向原检测液中先加入100 μmol/L 的 Na+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Mn2+、Al3+、Cr3+、Pb2+、Co3+、Ag+、 Ni2+、K+、 Fe2+，再加入100 μmol/L Fe3+后进行荧光测试实验，记录实验数据并计算其荧光强度（F）和原检测液的荧光强度（F0）的比值.由图3的实验结果可知，先加入其他不同金属离子再加入 Fe3+，其F/F0值（0.82～1.0）与直接加入 Fe3+的F/F0（0.4～0.6）的差值约为 0.4，但二体系的荧光强度并没有很大变化. 这说明 ATA检测液在其他金属离子干扰下也可以准确检测Fe3+，即在干扰离子的作用下也能够检测 Fe3+.

图3 ATA检测液在不同金属离子干扰下检测Fe3+的效果图

2.3 ATA检测 Fe3+的工作曲线和检测限

为了探究 Fe3+的浓度对 ATA检测液荧光强度猝灭的影响，向 ATA检测液中加入不同浓度的Fe3+（0 ～ 120 μmol/L），用荧光分光光度计测其荧光强度，从图4-a可以看出：ATA的荧光猝灭量随着 Fe3+浓度的增加而成比例地增大. 不同浓度 Fe3+对F/F0线性关系见图4-b，其线性方程：F/F0=1.00073-0.00676C[ Fe3+]，相关系数R2= 0.995 47，检测限为5 μmol/L.

图4 Fe3+的浓度对ATA检测液荧光强度猝灭的影响

2.4 ATA检测 Fe3+机理的探讨

图5是ATA检测液和 Fe3+加入到ATA检测液后的傅立叶红外图：1）ATA检测液在 3 500 cm-1左右尖锐的双峰可能是–COOH中–OH和 – NH2共同振动产生的，1750 cm-1左右的尖峰代表CO官能团，1650～1450 cm-1范围内的多个吸收峰代表苯环的骨架震动，1 300 cm-1左右的尖峰代表– NH2基团的弯曲震动.2）Fe3+加到ATA检测液后，在 1 600 cm-1、 1 400 cm-1、500 cm-1左右出现明显的新峰，这可能是 Fe3+与 –COOH上的 O配位，其红外曲线与 ATA和 Fe3+合成的NH2- M IL- 1 01（ Fe）材料类似[12-14].

通过红外光谱的分析可以得出，水相中的ATA在常温下可能会和 Fe3+形成稳定的无荧光物质，导致荧光猝灭. 而其他金属离子可能无法在常温下和ATA形成稳定的无荧光物质. 因此，ATA检测 Fe3+具有较好的选择性，且检测的效果较好.

图5 有无 Fe3+加入到ATA检测液中的红外波谱

3 结论

本文基于 Fe3+对荧光材料2-氨基对苯二甲酸的猝灭作用，构建了一种新颖的荧光传感器. 通过一系列的荧光实验，实现了ATA对 Fe3+的快速、简单检测，该检测灵敏性高、选择性好、抗干扰性强、线性好，检测范围为0～120 μmol/L，检测限为5 μmol/L. 本文结果为检测水体中 Fe3+提供了一种操作简单、检测灵敏度高的检测方法，并有望在实际水体检测中推广应用.