罗丹明类探针R6GHA荧光法测定汞离子的研究

梁东磊 ,王大鹏

（合肥工业大学化学与化工学院，安徽合肥230009）

Hg2+是一种广泛存在于水体等自然环境中的有毒重金属离子之一，易于通过水生生物的富集，再经食物链传递损害人和各种生物的健康[1-2]，因而Hg2+的检测技术广受关注[3-4]，其中，荧光分析法因为探测准确、选择性高、反应灵敏等优点，成为Hg2+痕量检测研究的热点领域[5-6]。目前，已经报道的Hg2+荧光探针包括共轭聚合物[7-9]、纳米颗粒[10-12]、生物分子[13-15]等，其研究重点在于如何进一步提高探针的灵敏性、准确性和操作便利性[15-17]。本文制备罗丹明类荧光探针R6GHA，采用荧光光谱检测其在不同环境下的荧光发射。研究表明,R6GHA对Hg2+和pH值具有荧光发射，尤其是对于Hg2+具有选择性荧光发射，并实现其分析应用价值。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

F-4600型荧光分光光度计（日本东京日立高新技术公司）；磁力加热搅拌器；罗丹明6G（阿拉丁试剂有限公司）；丙烯酰氯和2-羧基苯甲醛（阿达马斯试剂）；水合肼、醋酸、二氯甲烷、四氢呋喃和1,4-二噁烷（国药集团化学试剂有限公司）。所有试剂和溶剂均为分析纯。实验用水为自制去离子水。

1.2 R6GHA的合成

称取2.4 g（5 mmol）罗丹明6G，溶于60 mL乙醇中，磁力搅拌下，逐渐滴入8 mL质量浓度为80%的水合肼水溶液，之后，反应物加热回流3 h，将反应物分离，收集过滤物，用乙醇洗涤，在常温下隔绝空气去除水分，得粉红色的R6GH粉末。

称 取 0.4 g（1 mmol）R6GH 和 0.15 g（1 mmol）2- 羧基苯甲醛溶于30 mL甲醇中，加入3滴醋酸，加热使溶液沸腾。搅拌2 h后，将反应物过滤，收集白色沉淀物，用甲醇/乙醚（1∶1）洗涤，室温下真空干燥，得淡黄色粉末。

称取1.8 g（1.5 mmol）上述淡黄色粉末溶于30 mL无水二氯甲烷中，滴加21μL（1.5 mmol）三乙胺，在冰浴中用磁子搅动混合，逐滴加入溶有122μL（1.5 mmol）丙烯酰氯的20 mL二氯甲烷溶液，滴加时间约1 h。继续反应2 h后，转移至30℃水浴中并在氮气保护下反应20 h。旋转蒸发后得红色固体，将其通过硅胶柱分离（乙酸乙酯∶石油醚=6∶1作洗脱液，添加0.5%三乙胺），旋干，得淡粉色粉末R6GHA。反应过程示意图见图1。

2 结果与讨论

2.1 R6GHA对离子的选择性及裸眼识别

为探讨不同金属离子对R6GHA的影响，分别选择Hg2+、Cu2+、Pb2+、Ca2、Zn2+、Ag+和 Na+等金属离子为研究对象，在pH=7的条件下测定了不同金属离子对R6GHA荧光发射的影响，结果见图2。从图2（a）可以看出，在595 nm激发光作用下，Hg2+对R6GHA的发射峰有显著影响，Cu2+有较小影响，这是由于Cu2+的d9电子层对R6GHA产生一定的淬灭荧光所致[18]，而其他离子对其荧光发射几乎无影响。图2（b）是R6GHA在不同金属离子存在下荧光强度的变化情况。可以看出，Hg2+对R6GHA的荧光发射影响最大。这表明R6GHA的荧光发射对Hg2+有选择性响应。

图1 R6GHA合成示意图

图2 不同金属离子对R6GHA荧光发射的影响

R6GHA可以与Hg2+通过内酰胺键形成配合，从而可以作为Hg2+的选择性荧光探针，其机理如图3所示，R6GHA在595 nm处有极弱的发射峰，这是由于痕量功能存在开环形式所发出的荧光发射所致。在该溶液中加入Hg2+后，R6GHA在595 nm处产生明显增强的荧光发射，说明R6GHA对Hg2+具有荧光发射响应。

图3 Hg2+诱导R6GHA开环示意图

2.2 不同汞离子浓度对R6GHA的影响

图4（a）是在不同Hg2+浓度条件下R6GHA的荧光光谱。在Hg2+浓度为0时，基本观察不到R6GHA的荧光发射，这表明在没有Hg2+存在的条件下，内酰胺键处于闭环状态；然而，随着Hg2+浓度逐渐提高，R6GHA在汞离子的诱导下逐渐开环产生了荧光效应。图4（b）是在上述荧光光谱中595 nm处荧光强度与汞离子浓度变化的关系。由图4（b）可见，随着汞离子浓度的提高，R6GHA的荧光强度逐渐增强。

图4 不同汞离子浓度对R6GHA的影响

2.3 R6GHA对汞离子的检出限

图5为F/F0与Hg2+浓度[Hg2+]的关系图，其中F0和F分别表示R6GHA（浓度=10-5mol/L）在汞离子加入前后的荧光强度。结果表明，在0μM～160μM（R2=0.92372）浓度范围内，R6GHA与汞离子浓度体现出良好的正相关关系。荧光强度的变化与汞离子浓度之间的函数关系可以用下式表示：

检测下限[19]是通过荧光的滴定数据再通过方程式的推算来获取。根据实验数据，得到的图5中线性拟合曲线与横坐标交点，纵坐标为零时即为检测下限。通过计算后，其检出限为2.33×10-6mol/L。

图5 荧光强度比值（F/F0）与Hg2+浓度关系

2.4 pH的影响

图6（a）给出了不同pH值下R6GHA的荧光光谱图。结果表明，在pH=7的水溶液中，未检出R6GHA在579 nm处的荧光发射峰，这表明中性条件下R6GHA未产生内酰胺键开环。随着体系酸性逐步增强，PL光谱中出现了R6GHA的荧光特征发射峰，且发射峰随着pH值而变化。图6（b）为荧光光谱中595 nm发射峰强度与pH值的关系曲线图。由图可以看出，在595 nm处荧光强度随着酸性强度增加而升高，在酸性溶液中，R6GHA的内酰胺键中的羰基可被H+活化，并导致内酰胺键开环，产生荧光发射[20]，如图7所示。

3 结论

本研究制备了一种以罗丹明6G为原料的荧光探针R6GHA。根据其结构中内酰胺键受到Hg2+的诱导，荧光发射强度发生变化的原理，构建Hg2+的荧光探针。测定在不同环境下的荧光光谱，R6GHA表现出对Hg2+有着良好的选择性、高度的灵敏性以及可裸眼识别的特点。本方法有望实现对水样中Hg2+的检测，具有潜在的应用前景。

图6 不同pH值下R6GHA的荧光光谱图

图7 pH诱导R6GHA开环示意图