羅傲恒，黃 喬，張 勤

(南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 衡陽 421001 )

基于羅丹明內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)的“關(guān)-開”型Fe3+熒光探針的性能研究

羅傲恒，黃 喬，張 勤

(南華大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 衡陽 421001 )

以對苯二甲酰氯與羅丹明B乙二胺縮合反應(yīng)的產(chǎn)物(Rh-1)為熒光“關(guān)-開”型探針，研究了探針Rh-1選擇性識別Fe3+的各種影響因素，建立了Rh-1熒光檢測分析痕量Fe3+的方法，其線性范圍為1.0×10-7mol/L～2.6×10-5mol/L，檢出限為2.31×10-8mol/L。

熒光探針；鐵離子；羅丹明；增強(qiáng)型

鐵是人體內(nèi)的必需微量元素，它有參與氧的運(yùn)輸和貯存、細(xì)胞色素和多種金屬酶的合成、具有增強(qiáng)機(jī)體免疫功能等非常重要的生理作用[1]。當(dāng)機(jī)體攝入鐵不足時，往往會導(dǎo)致缺鐵性貧血、電子傳遞、氧化還原等代謝紊亂，并損害機(jī)體的免疫機(jī)制，從而產(chǎn)生許多生理病理變化，進(jìn)一步誘發(fā)多種疾病的產(chǎn)生[2]。反之，人體因鐵吸收過量且不被排出體外時，則鐵在體內(nèi)將催化氧自由基的產(chǎn)生，使生物組織遭到不可逆的損傷[3]。同時，隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，鐵作為重金屬污染物已經(jīng)危及到水體的質(zhì)量安全和農(nóng)作物的生產(chǎn)品質(zhì)[4-5]。目前,樣品中微量鐵的測定方法主要有原子吸收光譜法，電感藕合等離子體質(zhì)譜法和電化學(xué)方法等。但是，上述方法存在著難以回避的實際應(yīng)用問題，例如操作繁瑣，預(yù)處理復(fù)雜，設(shè)備昂貴等。近年來，熒光探針分析檢測技術(shù)由于其具有操作簡便、靈敏度高、選擇性好以及響應(yīng)速度快等優(yōu)點而備受青睞[6]。本文以對苯二甲酰氯與羅丹明B乙二胺縮合反應(yīng)的產(chǎn)物(Rh-1)為熒光探針，研究了各種影響該探針選擇性識別Fe3+的因素，建立了分析檢測Fe3+的新方法，并且驗證了該分析方法檢測痕量Fe3+的可靠性和實用性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

F-7000型熒光分光光度計，日本日立公司；pHs-3C型數(shù)字酸度計，上海鵬順儀器公司。

所有試劑均為分析純：羅丹明B乙二胺，參照文獻(xiàn)方法合成[7]；實驗所用水為二次蒸餾水。

1.2 溶液的配制

1.0×10-4mol/L熒光探針Rh-1儲備液：由適量的熒光探針Rh-1溶解在THF中制得，避光備用。

1.0×10-2mol/L各種金屬離子儲備液：由適量的各種水溶性金屬離子氯化物或硝酸鹽溶解在二次水中制得，避光備用。

Tris-HCl緩沖溶液(0.05 mol/L，25℃)：用三羥甲基氨基甲烷(Tris)溶液與鹽酸配制。

不同pH值溶液：由HCl或者NaOH調(diào)節(jié)0.05 mol/L的Tris-HCl緩沖溶液制得不同pH值溶液。

1.3 熒光光譜的測定

于10 mL棕色容量瓶中，移取1 mL探針化合物Rh-1儲備液，然后加入所需當(dāng)量的金屬離子，V(THF):V(H2O)=4/6稀釋定容，震蕩混合，靜置待測。

測試條件：室溫，1cm×1cm×4cm石英樣品池，熒光激發(fā)和發(fā)射狹縫均為5nm，激發(fā)波長為550nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 體系熒光強(qiáng)度的影響因素

2.1.1 pH的影響

溶液環(huán)境的酸堿度可能對探針在檢測金屬離子時造成干擾，為了確保檢測的可靠性必須選擇合適的pH值范圍。在V(THF):V(H2O)=4/6溶液體系中，固定Fe3+的濃度5.0×10-5mol/L，調(diào)節(jié)溶液pH值，于不同pH值下測定其溶液的熒光強(qiáng)度，結(jié)果見圖1。在沒有加入Fe3+的情況下，該探針在pH值=4.0～14.0范圍內(nèi)沒有明顯的熒光變化。但是當(dāng)pH值低于4.0時，溶液熒光強(qiáng)度發(fā)生了急劇變化，這是由于強(qiáng)質(zhì)子化作用導(dǎo)致探針內(nèi)酰胺開環(huán)的結(jié)果。當(dāng)溶液中加入Fe3+時，該探針在pH值2.0～10.0之間熒光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。尤其當(dāng)pH值介于4.0到9.0范圍內(nèi)，其主要原因是Fe3+與探針的配位作用誘導(dǎo)內(nèi)酰胺開環(huán)釋放熒光?？紤]到探針更廣泛的實際應(yīng)用，pH值選擇調(diào)節(jié)至7.2。

圖1 不同pH值對體系熒光強(qiáng)度的影響

2.1.2 絡(luò)合時間的影響

在[V(THF):V(H2O)=4/6, pH值=7.2]溶液體系中固定Fe3+的濃度5.0×10-5mol/L，于不同的絡(luò)合時間下測定其溶液的熒光強(qiáng)度，結(jié)果見圖2。溶液中未加入Fe3+時，其溶液幾乎無熒光強(qiáng)度且不隨時間變化，表明探針具有很好的光穩(wěn)定性。當(dāng)加入Fe3+后，其溶液的熒光強(qiáng)度在幾分鐘內(nèi)成倍增加并且隨著時間的推移其強(qiáng)度不斷增強(qiáng)。當(dāng)20min后，溶液體系的熒光強(qiáng)度達(dá)到最大值并保持不變，表明探針與Fe3+絡(luò)合反應(yīng)達(dá)到平衡。

圖2 不同絡(luò)合時間對體系熒光強(qiáng)度的影響

2.1.3 Fe3+的濃度對體系熒光強(qiáng)度的影響

采用1.3的方法，測定在不同濃度的Fe3+存在條件下體系的熒光強(qiáng)度，其結(jié)果見圖3。[V(THF):V(H2O)=4/6, pH值=7.2]溶液中不存在Fe3+時，在560～700nm范圍內(nèi)檢測不到明顯的熒光變化。但是當(dāng)溶液中加入Fe3+時，體系就會立刻出現(xiàn)具有羅丹明B熒光發(fā)射特征(584nm)的熒光增強(qiáng)峰，這是因為探針的內(nèi)酰胺螺環(huán)結(jié)構(gòu)在Fe3+的配位誘導(dǎo)作用下開環(huán)而發(fā)射強(qiáng)烈熒光。同時，溶液的熒光強(qiáng)度隨著Fe3+的濃度不斷增大而呈現(xiàn)遞增的趨勢。

圖3 不同F(xiàn)e3+濃度對體系熒光強(qiáng)度的影響

2.1.4 線性關(guān)系與檢出限

在[V(THF):V(H2O)=4/6, pH值=7.2]溶液體系中分別加入一系列不同濃度的Fe3+，測定體系的熒光強(qiáng)度，其結(jié)果見圖4所示。當(dāng)Fe3+的濃度為1.0×10-7mol/L～2.6×10-7mol/L時，體系的熒光強(qiáng)度與Fe3+的濃度之間存在良好的線性正比例關(guān)系，線性擬合得其標(biāo)準(zhǔn)曲線方程：F-F0= 112.55416 + 107.26775C (單位10-6mol/L)，相關(guān)系數(shù)R2=0.99911。對空白溶液平行測定10次，以空白的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差除以標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率而得到檢出限為2.31×10-8mol/L。

圖4 體系熒光強(qiáng)度與Fe3+的濃度擬合曲線

2.1.5 選擇性實驗

向[V(THF):V(H2O)=4/6, pH值=7.2]溶液體系中分別加入與Fe3+等量的各種金屬離子，研究探針Rh-1對不同金屬離子熒光選擇性，其結(jié)果如圖5所示。向溶液中加入Fe3+之后，該體系在584nm處的熒光發(fā)射峰急劇增強(qiáng)，表明探針Rh-1與Fe3+能夠有效配位反應(yīng)。但是當(dāng)加入相同濃度的其他各種金屬離子，其溶液未產(chǎn)生可檢測到的熒光，僅僅除了Hg2+和Al3+導(dǎo)致了微弱的熒光發(fā)射。

圖5 探針Rh-1與不同金屬離子作用的熒光強(qiáng)度

2.1.6 競爭性實驗

探針Rh-1抗干擾性研究結(jié)果如圖6所示。在常見的各種金屬離子共存的[V(THF):V(H2O)=4/6, pH值=7.2]溶液中，探針Rh-1依然表現(xiàn)出對Fe3+很高的識別性。即使其它共存金屬離子的濃度達(dá)到Fe3+的兩倍時，探針Rh-1對Fe3+的選擇性識別也幾乎不受干擾。因此，探針Rh-1能夠滿足實際應(yīng)用的要求。

圖6 探針Rh-1與Fe3+作用在不同金屬離子共存時的熒光強(qiáng)度

3 結(jié)論

本實驗主要以對苯二甲酰氯與羅丹明B乙二胺縮合反應(yīng)的產(chǎn)物(Rh-1)作為熒光探針用于檢測分析痕量Fe3+。結(jié)果表明，Rh-1能夠選擇性識別Fe3+并且其熒光顯著增強(qiáng)?；谠撎结樈⒘朔治鰴z測Fe3+的新方法，其線性范圍為1.0×10-7mol/L～2.6×10-5mol/L，檢出限為2.31×10-8mol/L。

[1] 孫長峰, 郭 娜. 微量元素鐵對人體健康的影響[J]. 微量元素與健康研究, 2011, 28(2): 64-66.

[2] 梁 聰, 吳仕偉, 王 立, 等. 鐵元素的生理功能及缺鐵性貧血對人體健康的影響[J].醫(yī)學(xué)信息 , 2011(1): 149.

[3] 王建英, 任引哲, 王迎新. 氧自由基與人體健康[J]. 化學(xué)世界, 2006, 47(1): 61-63.

[4] Jolly Y N, Islam A, Akbar S. Transfer of metals from soil to vegetables and possible health risk assessment[J]. Springerplus, 2013, 2(1):1-8.

[5] Hofmann J, Watson V, Scharaw B. Groundwater quality under stress: contaminants in the Kharaa River basin (Mongolia) [J].Environmental Earth Sciences, 2014, 73(2):629-648.

[6] Gemma A, Josefina P, Arben M. Recent trends in macro-, micro-, and nanomaterial-based tools and strategies for heavy-metal detection[J].Chemical Reviews, 2011, 111(5):3433-58.

[7] Xuan Z, Yasuhiro S, Takayuki H. Cu(II)-selective green fluorescence of a rhodamine-diacetic acid conjugate[J].Organic Letters, 2007, 9(24):5039-42.

(本文文獻(xiàn)格式：羅傲恒，黃 喬，張 勤基于羅丹明內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)的“關(guān)-開”型Fe3+熒光探針的性能研究[J].山東化工，2016，45(14)：13-15.)

Properties of Turn-on Fluorescent Probe for Fe3+Based on Rhodamine

LuoAoheng,HuangQiao,ZhangQin

( College of Chemistry and Chemical Engineering, University of South China, Hengyang 421001, China )

A turn-on fluorescent probe Rh-1 based on rhodamine for trivalent ferric ion (Fe3+) was synthesized. It was studied that the various factors affected the fluorescence of Rh-1 and Fe3+complex. And an approach was developed for the detection of trace amount of Fe3+based on Rh-1 as fluorescent probe. The linear range covered from 1.0×10-7mol/L to 2.6×10-5mol/L, and the detection limit was found to be 2.31×10-8mol/L.

fluorescent probe; ferric ion (Fe3+); rhodamine; turn-on; Rh-1

2016-05-12

湖南省研究生科研創(chuàng)新項目(X2015B400)

羅傲恒(1989—)，湖北襄陽人，碩士研究生，主要從事功能小分子合成及應(yīng)用。

O657.3

A

1008-021X(2016)14-0013-03