本发明专利技术公开了一种比率式检测肼的荧光探针及其合成方法和应用，属于化学分析检测技术领域。本发明专利技术探针由4‑羟基‑1,8‑萘酰亚胺骨架与卤代脂肪酸通过酯化缩合得到，具有如下结构：此探针的荧光团为萘酰亚胺骨架结构，对肼的响应基团为溴代脂肪酸单元。单独的探针在溶液中的紫外吸收峰位于~350nm，荧光发射在~420nm处。与肼反应后，其紫外吸收峰红移至~450nm，溶液由无色变为蓝色；荧光发射红移至~550nm处，紫外灯下发出黄绿色荧光。该探针分子对肼有高的选择性和灵敏度，检测范围为1.0–30μmol·L‑1，检测限为0.27μmol·L‑1。该探针可用于水体中及气态肼的检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化学分析检测
，具体涉及一种比率式荧光法检测肼的分子探针及其制备方法和在检测肼方面的应用。
技术介绍
肼(N2H4)是一种具有高反应活性的物质，在化学与制药合成工业中有这广泛的应用，同时不可避免地会排放到环境中。美国国家环境保护局认定肼为一种潜在致癌物，规定其安全限量值为10ppb(0.3μmol·L-1)。肼排放到环境中，由于极易溶于水，容易通过皮肤和呼吸等途径被人体摄入，导致肝、肺、肾及神经系统的损伤。肼的排放不仅严重污染环境，而且影响人们的健康。所以开发高灵敏、高选择检测肼的方法对环境检测与保护是非常必要的。传统的检测肼的方法主要有滴定测量（MaloneH.E.Anal.Chem.1961,33,575.）、电化学方法（StetterJ.R.,BlurtonK.F.,ValentineA.M.J.Electrochem.Soc.1978,125,1804；ChannonR.B.,JosephM.B.,BitziouE.Anal.Chem.2015,87,10064.）及色谱法（GyllenhaalO.,GrönbergL.,VessmanJ.J.Chromatogr.A1990,511,303；SunM.,BaiL.,LiuD.Q.J.Pharm.Biomed.Anal.2009,49,529.）等。但这些方法一般都耗时较长、涉及复杂繁琐的样品处理过程或需要昂贵的精密仪器等。而利用分子探针荧光法检测肼具有样品处理简洁、成本低廉及操作简便快速等优点，近年来得到了发展与利用。但目前开发的用于检测肼的探针分子的响应原理大都是单波长荧光强度依耐性的，这类探针测试结果容易受样品基质及探针浓度的影响。而比率式的荧光探针(用两个波长处的荧光发射强度的比值来定量)能克服上述问题。
技术实现思路
对于上述情况，本专利技术目的是提供一种新的易于制备、性能稳定的比率式荧光分子探针，并提供该探针的合成方法，还在此基础开发出对肼进行高选择性和高灵敏度的检测方法。为实现本专利技术目的，本专利技术利用肼具有较强的亲电性，能对缺电子分子或基团进行亲电取代反应。而溴代脂肪酸在一定的溶液环境中溴能选择性的被肼取代。另一方面萘酰亚胺荧光骨架具有良好的荧光特性且通过在4位引入不同的官能团会使其产生比率式的荧光相应。基于此，设计了一种溴代脂肪酸为响应基团，萘酰亚胺骨架作为发光团的用于检测肼的荧光分子探针。所述检测肼的荧光分子探针，其特征在于，结构通式如下：其中R选自具有1至18个碳原子的烷基链中的任一种；n为2、3或4；X为Cl或Br。优选：R选自具有1至6个碳原子的烷基链中的任一种；n为2、3或4；X为Cl或Br。优选：R选自具有1至4个碳原子的直链烷基链中的任一种；n为2或3；X为Cl或Br。进一步优选为：化合物1其合成方法具体如下：将取代的4-羟基-1,8-萘酰亚胺与卤代脂肪酸在有机溶剂中溶解后，加入催化剂在室温下偶联反应，分离纯化后得到探针分子化合物。4-羟基-1,8-萘酰亚胺骨架中的酰亚胺N取代基选自1至18个碳原子的烷基链中的任一种，优选为1-6个碳原子中的任一种。更优选1至4个碳原子的直链烷基链中的任一种。卤代脂肪酸为：其中：n为具为2、3或4；X为Cl或Br；n优选为2或3，X优选为Br。所述反应溶剂选自二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮。所述催化剂选4-二甲氨基吡啶，二环己基碳二亚胺，N,N-二异丙基碳二亚胺，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺中的一种或两种。上述方法中反应温度为室温。上述方法中反应时间为12-24h。优选其制备方法如下：将取代的4-羟基-1,8-萘酰亚胺与卤代脂肪酸溶于二氯甲烷，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺与N-甲基吡咯烷酮后室温反应12h，减压蒸馏除去溶剂，柱层析住分离得到纯的探针化合物。化合物1合成方法如下：将N-丁基-4-羟基-1,8-萘酰亚胺与4-溴丁酸在有机溶剂中溶解后，加入催化剂在室温下偶联反应，分离纯化后得到探针分子化合物1。反应流程如下：利用该分子探针对肼进行定性和定量测定，用于水体、土壤或生物体系中肼的检测。采用比色法检测时，溶液从无色变为黄色，实现待测样品中肼的定性检测；采用荧光检测时，将所述分子探针溶解于水与二甲基亚砜的混合缓冲体系中，加入含不同浓度肼溶液，测试其在550nm和420nm处荧光强度，然后以溶液在550nm和420nm处荧光发射强度的比值对肼的浓度作标准图，根据标准图，定量检测待测肼溶液含量。采用比色法或荧光法检测时，所述荧光分子探针对肼的检测浓度为1–30μmol·L-1，检测限为0.27μmol·L-1。本专利技术所述检测肼的分子探针另一种应用方式是通过将薄层色谱板在含本专利技术所述分子探针的二氯甲烷溶液中浸泡后干燥，制备得到肼监测硅胶板，利用该硅胶板定性检测气态肼。本专利技术所述荧光法检测肼的分子探针，优选采用N-丁基-4-羟基-1,8-萘酰亚胺与4-溴丁酸通过酯化偶联反应合成得到，萘酰亚胺为荧光基团；4-溴丁酸酯为肼的响应基团。在本说明书的实施例中更详细地说明了该探针的合成和检测方法。将本专利技术荧光分子探针溶解于水与二甲基亚砜(DMSO)的混合缓冲溶液中，室温下便可以对肼进行测试。当加入肼后，肼能亲核取代溴原子，并进一步通过成环脱除反应，使萘酰亚胺4位的羟基游离出来形成氧负离子的结构。反应后探针分子的酰亚胺为大π共轭的吸电子基团，反应后形成的4位的氧负离子为给电子基团。从而产生强烈的分子内电荷转移(ICT)效应，使探针溶液的吸收光谱与发射光谱都呈现出显著地红移。本专利技术荧光法检测肼的探针的具体特征如下：该荧光探针分子具有良好的稳定性和光学性质，反应前最大吸收波长为~350nm，单独溶液呈无色，发射波长在~420处，为蓝色发射；随着肼的加入，探针分子在紫外吸收峰红移至~450nm，溶液呈黄色，荧光发射峰红移至~550nm，为黄绿色发射。本专利技术所述的探针分子原料易得，合成产率较高，光学性能稳定（探针溶液能在室内稳定存放一个月以上，其光谱性质保持不变），灵敏度较高，对肼识别能力强，响应速度较快，响应范围为1.0–30μmol·L-1，检测限低（0.27μM），因此该类型探针可用于水体、土壤以及生物体系及气态肼的检测。附图说明图1为本专利技术合成的分子探针的核磁共振氢谱；图2为本专利技术分子探针与肼反应前后的紫外谱图A与荧光光谱图B，其中，A图中，1-反应前，2-反应后；B图中，1-反应前，2-反应后；图3为本专利技术5μmol·L-1分子探针在加入不同浓度肼后荧光发射光谱图，从a至s，肼浓度分别为0、1、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100μmol·L-1，溶液体系为水与二甲基亚砜的混合缓冲溶液（H2O/DMSO=9/1,v/v,10mMHEPES,pH7.4），横坐标为波长，纵坐标为荧光强度。图4为肼的浓度标准曲线图，即5μmol·L-1分子探针，反应前后在550nm和420nm处荧光发射强度的比值（I550/I420）和肼浓度的线性关系；横坐标为肼的浓度，纵坐标为I550/I420。图5为本专利技术分子探针对肼选择性；即5μM本专利技术分子探针，加入100μmol·L本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种比率式检测肼的荧光分子探针，其特征在于，结构通式如下：其中R选自具有1至18个碳原子的烷基链中的任一种；n为具为2、3或4；X为Cl或Br。
【技术特征摘要】
1.一种比率式检测肼的荧光分子探针，其特征在于，结构通式如下：其中R选自具有1至18个碳原子的烷基链中的任一种；n为具为2、3或4；X为Cl或Br。2.如权利要求1所述的比率式检测肼的荧光分子探针，其特征在于，R选自具有1至6个碳原子的烷基链中的任一种；n为2、3或4；X为Cl或Br。3.如权利要求1所述的比率式检测肼的荧光分子探针，其特征在于，R选自具有1至4个碳原子的直链烷基链中的任一种；n为2或3；X为Cl或Br。4.如权利要求3所述的比率式检测肼的荧光分子探针，其特征在于，荧光分子探针为：。5.合成如权利要求1所述的比率式检测肼的荧光分子探针的方法，其特征在于，通过如下方法实现：将取代的4-羟基-1,8-萘酰亚胺与卤代脂肪酸在有机溶剂中溶解，加入催化剂，在室温下偶联反应，分离纯化后得到探针分子；其中：R选自1至18个碳原子烷基链中的任一种；n为具为2、3或4；X为Cl或Br；所述有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种；催化剂为4-二甲氨基吡啶，二环己基碳二亚胺，N,N-二异丙基碳二亚胺，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝远强，张银堂，崔亚丽，朱旭，刘保霞，常竹，瞿鹏，徐茂田，
申请(专利权)人：商丘师范学院，
类型：发明
国别省市：河南;41
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