一种超分子聚合物及其在汞离子检测中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种超分子聚合物，是将主体双柱[5]芳烃与客体吡啶盐以1:2的摩尔比加热溶解于DMSO‑H

A supramolecular polymer and its application in the detection of mercury

【技术实现步骤摘要】
一种超分子聚合物及其在汞离子检测中的应用
本专利技术涉及一种超分子聚合物，尤其涉及一种由双柱[5]芳烃（FAP5）和吡啶盐（NB）通过氢键和作用自组装得到超分子聚合物；本专利技术还涉及该超分子聚合物在检测水溶液中Hg2+的应用，属于离子检测领域。
技术介绍
汞可以说是环境中最有毒的重金属离子之一，也是水衍生食品中的一种。在水溶液中，细菌可以将汞转化成甲基汞，这是一种有效的神经毒素，它积累在海产品中，进入食物链。随后，人类从海鲜和其他饮食和环境来源的甲基汞问题与严重的感觉、运动和认知失调有关。当人类摄入过多的食物时，甲基汞会引发多种严重的疾病，包括感觉、运动和神经损伤。无机汞化合物对人的心脏、肾脏、胃和基因表现出严重的影响。汞金属是挥发性的，并且可以在空气中移动得很远。然后将其沉积在陆地上或水中并氧化成汞(II)。氧化的无机汞(II)可通过微生物转化为有机汞。环境中的汞不仅来源于地质事件（例如火山排放），而且来源于现代人类活动。例如，牙科办公室的废水是汞污染的主要来源，部分原因是牙医免于联邦法规的浪费。尽管毒性很高，但在许多工业应用中，汞一直被广泛地用作化学添加剂和能源，包括化妆品、温度计、电池、农用化学品和荧光灯。因此，在材料化学、化学工程和环境科学中，对汞离子的实时传感和快速去除的综合策略的发展具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种以双柱[5]芳烃衍生物为主体，以吡啶盐为客体自组装的超分子聚合物；本专利技术的另一目的是提供上述超分子聚合物在检测水溶液中Hg2+的应用。一、超分子聚合物的制备本专利技术超分子聚合物，是将主体双柱[5]芳烃与客体吡啶盐以1:2的摩尔比加热溶解于DMSO-H2O体系中，通过主客体自组装得到的超分子聚合物，标记为FAP5-BN。其中，DMSO-H2O体系中，DMSO与H2O的体积比为1:2~1:2.5；主客体的含量为1.0×10-5~1.2×10-5mol/L。主体双柱[5]芳烃FAP5的合成：以乙腈为溶剂，单边溴代柱[5]芳烃与酰腙类化合物FAN以1:3.3~1:3.5的摩尔比，在90~95℃下反应45~48h，抽滤，得到橘黄色固体粗产物，用二氯甲烷淋洗，得到双柱[5]芳烃，标记为FAP5。其结构式如下：客体吡啶盐NB的合成：以乙腈溶剂为溶剂，1,10-二溴癸烷与4,4-联吡啶以1:2.3~1:2.5的摩尔比，在90~95℃下反应20~25h，用乙腈重结晶，得到淡黄色色晶状固体即为吡啶盐，标记为NB。其结构式如下：。图1、图2分别为主体双柱[5]芳烃FAP5和客体吡啶盐NB的氢谱谱图。表明主体双柱[5]芳烃FAP5和客体吡啶盐NB制备成功。图3为FAP5与BN的部分核磁滴定氢谱图。其中（a）FAP5+1equiv.NB；（b）FAP5+2equiv.NB；（c）FAP5+3equiv.NB；（d）FAP5+4equiv.NB；（e）FAP5+5equiv.NB。在DMSO-H2O溶液中，超分子聚合物主体分子FAP5中的-NH2基团作为亲水基团，柱芳烃作为疏水基团，将客体分子BN与主体分子FAP5在DMSO-H2O溶液中组装。从图中可以看出，随着客体分子BN的加入，主体分子FAP5上的Ha质子峰向低场移动，Hb质子峰向高场移动，客体分子BN上的H1质子峰向高场移动，其余的质子峰均向低场移动。该现象说明了超分子聚合物的客体分子BN进入柱芳烃的空腔，与主体分子FAP5通过氢键和作用自组装得到超分子聚合物FAP5-BN。二、超分子聚合物检测Hg2+的应用1、超分子聚合物的荧光性能通过对超分子聚合物FAP5-BN荧光性能的研究表明，超分子聚合物FAP5-BN在DMSO-H2O溶液（DMSO的体积百分数为25~30%）具有良好的溶解性，浓度为1×10-5M，当激发波长为400nm时，超分子聚合物无荧光发射（如图4）。2、超分子聚合物单一选择性荧光识别Hg2+在超分子聚合物FAP5-BN的DMSO-H2O溶液中（DMSO与H2O的体积比为3:7），分别加入40倍当量（相对于超分子聚合物FAP5-BN）Mg2+,Ca2+,Cr3+,Hg2+,Co2+,Ni2+,Cu2+,Zn2+,Pb2+,Cd2+,Fe3+,Ag+,Eu3+的H2O溶液，发现只有Hg2+的加入可以使超分子聚合物FAP5-BN的荧光明显打开，而其他阳离子的加入均不能使超分子聚合物FAP5-BN的荧光发生明显变化，因此，该超分子聚合物FAP5-BN可以单一选择性识别Hg2+（如图5）。且通过对主客体排除发现，只有当主体分子FAP5与客体分子BN组装后，才能够表现为选择性识别Hg2+，只有主体分子或者只有客体分子均不能选择性识别Hg2+（如图6）。同时，为了避免其他阳离子对实验的干扰，我们做了抗干扰实验。结果表明，其他阳离子对超分子聚合物FAP5-BN识别没有任何干扰（如图7）。通过荧光滴定实验表明，超分子聚合物FAP5-BN对Hg2+的最低检测限为1.5549×10-6M（如图8和图9），说明该超分子聚合物FAP5-BN识别Hg2+的灵敏度高。3、识别机理分析图10为FAP5-BN与Hg2+的核磁滴定谱图，其中（1）FAP5+NB；（2）FAP5+NB+1equiv.Hg2+；（3）FAP5+NB+2equiv.Hg2+；（4）FAP5+NB+3equiv.Hg2+；（5）FAP5+NB+4equiv.Hg2+；（6）FAP5+NB+5equiv.Hg2+。从图10中可以看出，随着Hg2+的加入，主体分子FAP5上的Ha质子峰向高场移动，客体分子BN上的H质子峰向高场移动，说明当Hg2+加入后，与主客体形成的超分子聚合物进行配位，形成FAP5-BN-Hg，同时伴随有荧光的变化。从图11可以看出，当加入Hg2+后，可以形成纳米囊泡。附图说明图1为FAP5的氢谱图。图2为NB的氢谱图。图3为FAP5与BN的部分核磁滴定氢谱图。图4为不同含水比条件下FAP5-BN在DMSO-H2O溶液中的荧光光谱图。图5为FAP5-BN的DMSO-H2O溶液中加入不同阳离子的荧光全扫描（λex=400nm）。图6为FAP5-BN、BN、FAP5的DMSO-H2O溶液中分别加入Hg2+的荧光图（λex=400nm）。图7为FAP5-BN的DMSO-H2O溶液对其他阳离子的荧光抗干扰。图8为FAP5-BN对Hg2+的荧光滴定图（λex=400nm）。图9为FAP5-BN识别Hg2+的最低检测限图。图10为FAP5-BN与Hg2+的核磁滴定谱图。图11为FAP5-BN加入Hg2+的透射电镜图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术超分子聚合物的制备和应用做进一步说明。实施例一、超分子聚合物FAP5-BN的制备1、主体FAP5的合成（1）Z1的合成：在200ml丙酮中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超分子聚合物，是将主体双柱[5]芳烃与客体吡啶盐以1:2的摩尔比加热溶解于DMSO-H

【技术特征摘要】
1.一种超分子聚合物，是将主体双柱[5]芳烃与客体吡啶盐以1:2的摩尔比加热溶解于DMSO-H2O体系中，通过主客体自组装得到的超分子聚合物。


2.如权利要求1所述一种超分子聚合物，其特征在于：DMSO-H2O体系中，DMSO与H2O的体积比为1:2~1:2.5。


3.如权利要求1所述一种超分子聚合物，其特征在于：DMSO-H2O体系中，主客体的含量为1.0×10-5~1.2×10-5mol/L。


4.如权利要求1所述一种超分子聚合物，其特征在于：主体双柱[5]芳烃FAP5的结构式如下：

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【专利技术属性】
技术研发人员：林奇，李颖洁，张云飞，张有明，姚虹，魏太保，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62