一种基于8-羟基喹啉配位的可逆的Cu2+荧光探针的性能研究

※※※※※※※※※ ※※ 2012届学生 ※

※ 毕业设计(论文)材料 ※※

（四） ※※※※※※※※※

学 生 毕 业 论 文

一种基于8-羟基喹啉配位的可逆的Cu

2+

课题名称

荧光探针的性能研究

姓 名 学 号 院 系 专 业 指导教师

XX XX

化学与环境工程学院 化学工程与工艺

XX

2012年5月28日

湖南城市学院本科毕业设计（论文）诚信声明

本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

本科毕业设计（论文）作者签名：

二○一二 年 五月二十八日

目 录

摘 要 ................................................................ 1 关键词 ................................................................ 1 Abstract ............................................................... 1 Key words ............................................................. 1 1 引言 ................................................................... 2

1.1 荧光分子探针的定义与荧光产生过程 ..................................... 2

1.1.1 荧光分子探针的定义 ............................................. 2 1.1.2 荧光产生过程 ................................................. 2 1.1.3 化合物3的合成及表征 ......................................... 2 1.2 铜离子的危害、检测方法以及铜离子探针的研究进展 .......................... 3

1.2.1 铜离子的危害 ................................................... 3 1.2.2 现有铜离子检测方法概况........................................ 4 1.2.3 铜离子探针的研究进展 ............................................ 5

2 实验部分 ............................................................... 5 2.1 主要仪器和试剂 .................................................... 5 2.2 实验方法 ........................................................... 6

2.2.1 溶液的配制 ................................................... 6 2.2.2 荧光光谱及紫外光谱的测定 ..................................... 7

3 结果与讨论 ............................................................. 7 3.1 溶剂的选择 ......................................................... 7 3.2 荧光光谱和紫外光谱滴定 ............................................ 8

3.2.1 溶液配制...................................................... 8 3.2.2 光谱性质 ...................................................... 8 3.3 金属离子的选择性 ................................................... 10

3.3.1 溶液配制..................................................... 10 3.3.2 光谱性质 ..................................................... 10 3.4 干扰离子的影响 ..................................................... 11

3.4.1 溶液配制 ..................................................... 11 3.4.2 光谱性质 ..................................................... 12 3.5 pH的影响 ......................................................... 13

3.5.1 溶液配制..................................................... 13 3.5.2 光谱性质 ...................................................... 13 3.6 反应机理的探讨 ................................................... 14

3.6.1 溶液配制..................................................... 14

3.6.2 光谱性质 ...................................................... 14

3. 结论 .................................................................. 15

参考文献 .................................................................. 16 致 谢 ................................................................... 17

一种基于8-羟基喹啉配位的可逆的Cu荧光探针的性能研

究

XX

(湖南城市学院化学工程与工艺专业XX届学生）

2+

摘 要：合成了一种罗丹明类Cu2+ 荧光增强型分子探针-化合物3，研究了它的光谱性能。在

有机相/水相（体积比7:3）介质中，往化合物3加入Cu2+，颜色由无色变为紫红色，荧光强度显著增

强。实验结果表明，化合物3对Cu2+的识别过程可逆，化合物3可在较宽的pH（4.01-7.48）值范围检

测Cu2。在3×10-6～3×10-4 mol/L的Cu2+浓度范围内，实验在576 nm处呈良好的线性关系，检测限为

+

8.2 μM。

关键词：荧光；Cu2+ ；可逆；pH值

Performance research on reversible Cu2 + fluorescent probe based on 8

– hydroxyquinoline coordination

Qiong ai

(2012 Year Student of Chemical Engineering and Technology Major, Hunan City University) Abstract：Synthesis compound 3 of enhanced fluorescence based on rhodamine for Cu，

2+

and studied its spectral properties. When Cu2+ was added into the compound 3 solution in the organic phase / water phase (volume ratio 7:3)，it changed from colorless to purple and elicited a dramatic change in the fluorescence spectra. The experiment results showed that the recognition process of the compound 3 for Cu2+ was reversible，the compound 3 can detect Cu2+ in the wide pH range of 4.01～7.48．In the 3×10-6～3×10-4 mol/L range of Cu2+ concentration，the experiment is in good linear relationship in the 576 nm，and the detection limit is 8.2 μM．

Key words：fluoresence；Cu2+；reversible ；pH

1

1 引言

1.1 荧光分子探针的定义与荧光产生过程

1.1.1 荧光分子探针的定义

荧光探针是能和个别组织特异结合而又不干扰其他组织成分自身荧光的那些荧光

化合物。荧光探针大多是含有共扼双键体系的有机化合物，共辆双键使其容易吸收激发光，其激发波长多处于近紫外区或可见光区，发射波长多处于可见光区。 作为荧光探针应该具有以下特点：第一，荧光探针的荧光必须与生物样品的背景荧光易于区别；第二，荧光探针必须不干扰研究的主体；第三，荧光探针主要用于生物活体或在天然生物条件下的体外样品的研究，所以荧光探针的毒性、使用的pH范围，生物相容性等方面都有严格的要求[1-2]。 1.1.2 荧光产生过程

分子具有不同的能级，电子处于不同的能级中，当特定光照射到分子上，电子被激

发，从低能级跃迁到高能级。含有处于较高能级电子的分子为激发态分子，不稳定，高能级电子通过辐射跃迁和非辐射跃迁失去能量返回基态。荧光就是伴随着处于激发态的分子或原子返回基态过程中放射出来的一种光能。

一般来说，荧光试剂分子处于基态（S0），当有外部光源照射时，试剂分子吸收了光子能量（hvEX）后跃迁到第一电子激发态（singlet state, S1）。这种激发态存在的时间有限一般为（1～10）×10-9s。在此期间，试剂分子发生构象变化，并可能受到分子相互作用的影响。S1的能量部分散失，产生一种驰豫的最低振动能级的单激发态（relaxed singlet excited state, S1）， 当分子从 S1发生辐射跃迁到基态，放出光子，这时就产生了荧光[3]。

1.1.3 化合物3的合成及表征

2

OOHONH2NH2H2OEtOH,refluxNNH2HONONONNONN1SeO2NOHOONOH2CHONONN?

图解1化合物3的合成路线

化合物3的合成如图解1所示。中间体罗丹明B肼（化合物1）及化合物2根据文献[4-5]合成。将39.1 mg (0.086 mmol)化合物1和9.8 mg (0.057 mmol)化合物2溶于3 mL乙醇，再滴加2滴醋酸，然后在50℃下搅拌1 h，减压蒸出溶剂。将粗产品用200-300目的硅胶柱分离纯化，洗脱剂为石油醚（沸点：60-90℃）/乙酸乙酯（3:1, V/V），得到32.4 mg浅黄色固体，产率90.2%。熔点：236-238 ; 1H NMR (400 MHz, CDCl3), δ = 8.65 (s, 1H), 8.11-8.01 (m, 4H), 7.54-7.49 (t, J = 8.8 Hz,2H), 7.39-7.35 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 7.26-7.23 (t, J = 7.0 Hz, 1H), 7.17-7.15 (d, J = 7.2 Hz, 1H), 7.10-7.08 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 6.57-6.54 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 6.49(s, 2H), 6.26-6.24 (d, J = 7.6 Hz, 2H),3.35-3.30 (t, J = 6.8 Hz, 8H), 1.17-1.14 (t, J = 6.8 Hz, 12H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3): 153.1, 152.6, 152.1, 149.1, 145.9, 137.5, 135.9, 133.9, 128.4, 128.1, 127.9, 124.0, 123.7, 118.8, 117.7, 110.0, 108.0, 105.5, 98.0, 66.1, 44.3, 12.6. ESI-MS m/z = 612.3 [M+H]+, calc. for C36H33N5O3 =611.3;

1.2 铜离子的危害、检测方法以及铜离子探针的研究进展

1.2.1 铜离子的危害

近年来，生物体内、环境中金属离子，尤其是过渡金属离子的检测跟踪引起了人们的广泛关注。而铜离子，作为人体生命活动过程中一种重要元素，其在水溶液中的定向检测和测量更是受到了极大的关注。铜是维持生物体正常生命活动不可缺少的必需微量元素之一，它的含量虽然很少，但起着非常重要的作用。当机体内铜离子浓度超出或低于细胞所需的浓度范围时就会扰乱生命系统的正常活动而使细胞中毒，从而引起严重的铜代谢障碍疾病，比如肝豆状核变性疾病(Menkes Wilson disease)。阿耳茨海默氏早老性痴呆病(Alzheimer’s disease)。朊病毒疾病(Prion diseases)。环境中微量的铜离子污染，可以通过生物链作用而产生富集[6]。

当人饮用或食用受铜离子污染的水和食物,导致体内铜离子含量过高时，便会引发

3

各种不治之症。因此，对自然环境和生物体内铜离子的检测[7-8]就十分有必要。 1.2.2 现有铜离子检测方法概况

迄今，国内外学者对铜离子的测定进行了大量的研究。常规的测定铜离子的方法主要有催化荧光光度法、碘量法、火焰原子吸收法、萃取光度法、差分脉冲伏安法等。

催化荧光光度法

根据张淑静[9]等人的研究结果表明，在氨水-氯化铵缓冲介质中，过氧化氢氧化靛蓝胭脂红的反应产物有荧光，痕量铜(Ⅱ)对该反应有明显的催化作用，建立了催化荧光光度法测定痕量铜的方法。方法的灵敏度高，选择性好，用于大米、面粉和茶叶中痕量铜的测定，获得满意结果。

碘量法

碘量法是一种常见的实验室的测铜离子的方法，原理很简单，利用淀粉作指示剂，加入过量KI溶液，然后Na2S2O3进行反滴定的过程。董晶[10]提出物质性质决定了化学分析的分析操作条件。了解和熟悉物质性质有助于理解分析操作条件确定的原因，在实际分析操作过程中可以更加准确地控制分析操作条件，从而提高分析结果的准确度。

火焰原子吸收法

闵翔[11]等人通过采用双毛细管动态标准加入法测定复杂基体中铜，可以消除常规火焰原子吸收法测铜时由于样品基体复杂和校准曲线基体差异太大使结果准确度降低的情况，又可以使传统标准加入法的烦琐步骤得以简化，方法简便快速，试剂消耗少。

萃取光度法

二乙二硫代甲酸钠(DDTC) 萃取光度法在我国为测定水质铜的标准分析方法之一，标准法中介绍：“在氨性溶液中(pH 9~10) 铜与二乙氨基二硫代甲酸钠作用，生成摩尔比为1∶2的黄棕色络合物。”其缓冲溶液的配制为：“称取氯化铵70 g溶于适量水中，加入570 mL 氨水，用水稀释至1 000 mL。”经王强会[12]等人的研究表明，经计算并用酸度计测定，该缓冲液的pH值都大于10 ，这与标准法所介绍的9~10是有些不相符的。

差分脉冲伏安法

常焕球[13]等人用铅笔芯作为电极材料制成了供常规分析用的亚微盘电极。研究发现，在浓氨水介质中，二价铜离子在自制的亚微盘工作电极上于+0.09V处有一灵敏的不可逆还原峰。铜（Ⅱ）浓度在3×10-6 ~2×10-5 mol/L的范围内峰高与浓度有良好的线性关系。该电极制备简单、经济，在差分脉冲伏安法测定废水中的铜时，重

4

现性好，几乎不存在残留效应，结果令人满意。 1.2.3 铜离子探针的研究进展

1997 年，Czarinik [14]等合成了罗丹明B酰肼，其可以选择性识别铜离子，该荧光探针是基于铜离子催化罗丹明B酰肼水解生成强荧光的罗丹明B分子的。

2006 年，Aijun Tong[15]等合成水杨醛罗丹明B酰腙，可以可逆性的荧光增强识别铜离子。也就是说，在缓冲溶液中，当加入铜离子时，内酰胺螺环状结构被打开，吸收和荧光增强，当加入络合剂EDTA 时，化合物表现出没有吸收和荧光，而在此时再加入铜离子，荧光恢复。

2007年，Yasuhiro Shiraishi[16]等人，合成了乙二胺乙酞乙酸罗丹明B衍生物，当该探针与铜离子发生作用的时候，会产生绿色的荧光，并发生蓝移(45 nm)，其它离子如汞离子也可引起荧光增强，但最大发射波长不会移动。

Yang等通过在酸性条件下罗丹明B-酰肼与硫氰酸甲间的一步反应合成了一种Cu2+荧光探针。向该探针的乙腈/水溶液中添加Cu2+后，会造成荧光分子内酰胺键断裂，从而引起体系的荧光和紫外吸收明显增强。利用该探针实现了水相中Cu2+荧光和紫外检测，方法的线性范围分别为0.2~0.4 和0.5~10 μmol/L。他们将该方法应用于自来水中Cu2+含量的测定，测定结果与原子吸收光谱方法测定结果一致。

Zhao等在2009年设计合成了一种新型罗丹明类酰胺衍生物5，并将其应用于水溶液和活体细胞中Cu2+的检测。这种比色探针对铜离子的反应是瞬时可逆的，并且在其它金属离子浓度很高的情况下也不会对铜离子的比色和荧光信号产生干扰，这一特征使其很好地满足了生物医学和环境监测方面的特殊要求。目前，该类探针已广泛应用于环境体系中铜离子浓度的检测和生物活细胞铜离子分布成像实验，其优异的综合性能预示了极好的应用前景[17]。

2 实验部分

2.1 主要仪器和试剂

Hitachi F-2500 型荧光分光光度计

日本日立公司

U-3010 紫外分光光度计 日本日立公司 PHS-3E 型精密pH计 FC104 电子天平

上海第三分析仪器厂

上海精密科学仪器有限公司 北京亚力思科学器材公司

UV-Ⅲ三用紫外分析仪

5

罗丹明B-8-羟基-喹啉 - AR 实验室合成 三羟甲基氨基甲烷

-AR

国药集团化学试剂有限公司

盐酸 AR 湖南省株洲市化学工业研究所

CuCl2·2H2O -AR 湖州化学试剂厂

Ag+，Al3+，Ca2+，Cd2+，Co2+，Cr3+，Fe2+，Fe3+，K+，Mg2+，Na+，Zn2+的可溶性盐均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。

2.2 实验方法

2.2.1 溶液的配制

5×10-4 mol/L 化合物3溶液（即母液）的配制：用称量纸准确称取探针0.0031 g并转入10 mL比色管中，往比色管中加入无水无醇（AR 天津市恒兴化学试剂制造有限公司）至刻度线，充分摇匀，密封，备用。

pH=7.00的tris-HCl缓冲溶液的配制：准确称取三（羟甲基）氨基甲烷（AR国药集团化学试剂有限公司）1.5141 g于烧杯中，加入适量蒸馏水溶解并转移至250 mL容量瓶中，加蒸馏水水稀释至刻度下约1cm处，用稀HCl（AR 湖南省株洲市化学工业研究所）调节至pH=7.00，并摇匀。

3×10-2 mol/L的Cu（Ⅱ）标准储备液的配制：准确称取CuCl2·H2O（AR）0.0512 g

于10 mL比色管中，加入10 mL蒸馏水溶解并充分摇匀。

3×10-3 mol/L的Cu（Ⅱ）标准储备液的配制：准确移取1 mL3×10-2 mol/L的Cu2+ 标

准储备液于10 mL比色管中，并加入9 mL蒸馏水充分摇匀。

3×10-4 mol/L的Cu（Ⅱ）标准储备液的配制：准确移取1 mL3×10-3 mol/L的Cu2+ 标准储备液于10 mL比色管中，并加入9 mL蒸馏水充分摇匀。

以下储备液的配制方法同上：

3×10-2 mol/L 的S（Ⅱ）标准储备液的配制：准确称取Na2S·9H2O（AR，天津市恒兴化学试剂制造有限公司）0.7205 g；

3×10-2 mol/L 的Ag(Ⅰ) 标准储备液的配制：准确称取AgNO3（AR 湖南高纯化学试剂厂）0.0510 g；

3×10-2 mol/L 的Al(Ⅲ) 标准储备液的配制：准确称取Al2(SO4)3（AR）0.1999 g。 3×10-2 mol/L 的Ca(Ⅱ) 标准储备液的配制：准确称取准确称取CaCl2（AR 天津市化学试剂公司）0.3330 g；

6

3×10-2 mol/L 的Cd(Ⅱ) 标准储备液的配制：准确称取Cd(NO3)2（AR）0.0093 g； 3×10-2 mol/L 的Co(Ⅱ) 标准储备液的配制：准确称取Co(NO3)2·6H2O（AR 天津市科密欧化学试剂制造有限公司）0.0873 g；

3×10-2 mol/L 的Cr(Ⅲ) 标准储备液的配制：准确称取Cr(NO3)3·9H2O（AR 北京五七六零一化工厂）1.2004 g；

3×10-2 mol/L 的Fe(Ⅱ) 标准储备液的配制：准确称取准确称取FeSO4（AR 湘中地质实验研究所）0.6024 g；

3×10-2 mol/L 的Fe(Ⅲ) 标准储备液的配制：准确称取准确称取FeCl3·6H2O（AR 台山化工厂）0.8110 g；

3×10-2 mol/L 的K(Ⅰ) 标准储备液的配制：准确称取KNO3（AR 湘中地质实验研究所）0.3033 g；

3×10-2 mol/L 的Mg（Ⅱ）标准储备液的配制：准确称取MgCl2（AR 天津市风船化学试剂科技有限公司）0.6099 g；

3×10-2 mol/L 的Na（Ⅰ）标准储备液的配制：准确称取NaNO3（AR）0.2550 g； 3×10-2 mol/L 的Zn（Ⅱ）标准储备液的配制：准确称取准确称取ZnSO4（AR 天津市大茂化学试剂厂）0.8628 g； 2.2.2 荧光光谱及紫外光谱的测定

准确按顺序量取母液、各种溶液于不同10 mL比色管中，使得比色管中溶液总体积3 mL，将比色管于UV-Ⅲ三用紫外分析仪下，观察其溶液荧光颜色的变化。待反应完全后，在Hitachi F-2500荧光分光光度计下，选择激发/发射夹缝宽为5.0 nm/5.0 nm，光电倍增电压PTM为400 V，用1 cm的石英比色皿盛入待测液，于激发/发射波长Eex/Eem=500.0 nm/576.0 nm处测其荧光强度；UV-Visible紫外仪上记录400-700 nm波长范围内的紫外光谱。所有实验均在室温下进行，详细记录数据，并且用不同格式保存。

3 结果与讨论

3.1 溶剂的选择

考虑反应物和生成物的溶解性、稳定性等，以及反应速率和反应信号的强度。一般选取沸点相对较高与水互溶的溶剂如EtOH， DMF， DMSO， THF，CH3CN等，溶剂都要求为色谱纯的。

准确称量3份质量为0.0031 g 探针,放置于10 ml规格的比色管中，于相同情况下分

7

别加入10 ml蒸馏水、无水乙醇、乙腈。然后放进超声波仪器中，放置10分钟，拿起观察。溶剂为蒸馏水、乙腈的比色管中有明显的固体颗粒，而无水乙醇中则没有，因此溶剂选择为无水乙醇。

3.2 荧光光谱和紫外光谱滴定

3.2.1 溶液配制

条件：V乙醇：VH2O=7:3，cprobe=5×10-4mol/L，总体积3 mL，滴定Cu2+。

表1 滴定实验各溶液配置如下

样品管号 Eq 1

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10 20 40 60 80 100 0

Vprobe/mL V乙醇/mL Vtris-HCl/mL VCu2+/mL c Cu2+/mol?L-1 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09

2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01

0.87 0.84 0.81 0.78 0.75 0.87 0.84 0.81 0.78 0.75 0.87 0.84 0.81 0.78 0.75 0.90

0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0

3×10-4

3×10-3

3×10-2

0

3.2.2 光谱性质

120120Fl. intensity (a.u.)Y=-0.04829+378004.36295XR=0.99502FL.intensity(a,u)9080406000.00000.00010.00020.000330CCu2+(mol/L)0550600650Wavelength/nm

图1 在EtOH /Tris（7:3, V/V）条件下，化合物3随着Cu2+浓度的增加(0～100 equiv)，在激发波长为576 nm处的荧光光谱。插图：在576 nm处的荧光强度与Cu2+浓度的关系

8

无色 紫红色 黑色 红色

图2化合物3 (10 μM)和化合物3 (10 μM)+ Cu2+ (40 equiv)溶液的可见光及荧光颜色变化

120100Y =-0.09585+5.67065 XR=0.99FL.intensity(a,u)8060402000510152025equiv

图3 在576 nm处的荧光强度与Cu2+浓度增加(0～20 equiv)的线性关系

(Fmin-F)/(Fmin-Fmax)0.6Y=1.90656+0.39719XR=0.9950.40.20.0-4.8-4.5-4.22+]log[Cu-3.9-3.6

图4 在576 nm处Cu2+浓度与荧光强度的对比

由图1可知，不加Cu2+时，在EtOH /Tris（7:3, V/V）条件下溶液几乎没有荧光，说明探针以螺酰胺闭环的形式存在，随着Cu2+浓度的增加，在576 nm处荧光强度显著提高，证明探针分子发生了开环，形成了共轭体系较大的荧光体系。溶液的颜色由无色

9

变成紫红色，在365 nm手持荧光灯下溶液的荧光由黑色变成红色（图1），用肉眼即可很容易分辨出溶液中是否存在铜离子。在化合物3为40个当量（eq）时，荧光最强。在3×10-6～3×10-4 mol/L范围内，在576 nm处呈良好的线性关系（图3），这表明在很大的浓度范围内有望作定量检测。固定化合物3的浓度，在分析物浓度相对较低范围内作滴定实验（所有滴定的浓度都有响应），得到相应的荧光强度。根据用分析物的不同浓度滴定时所得到得荧光强度，计算出相应的(Fmin-F[M])/(Fmin-Fmax)值并作

(Fmin-F)/(Fmin-Fmax)-Log[M] 图（Fmin为背景荧光强度值，Fmax为反应达饱和时的荧光强度值）如下图4所示。线性回归方程为Y=1.90656+0.39719X，相关系数R=0.995。测定15次探针空白，得标准偏差为1.3，以三倍标准偏差计算得出检测限为8.2 μM，表明灵敏度较高。

3.3 金属离子的选择性

3.3.1 溶液配制

条件：V乙醇：VH2O=7:3，cprobe=5×10-4 mol/L，cMn+=3×10-2 mol/L，总体积3 mL。

表2 选择实验各溶液配置如下

样品管号 1

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Mn+ Ag+ Al3+ Ca2+ Cd2+ Co2+ Cu2+ Cr2+ Fe2+ Fe3+ K+ Mg2 Na+ Zn2+

VProbe/mL 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09

V乙醇/mL 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01

Vtris-HCl/mL 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84

Mn+/mL 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06

3.3.2 光谱性质

10

50403020100Fl. intensity (a.u.)

12345(a)

678910111213

0.250.20Absorpion0.150.100.050.00(b)

3 (10 μM)中加入不同金属离子(40 equiv)后的 图5 在EtOH /Tris (7:3, v/v, pH=7.00)下，化合物

荧光光谱(a)及紫外光谱(b)

(1-13分别代表Ag+,Ca2+,Cd2+,Co2+,Fe2+,K+,Mg2+,Na+,Zn2+,Al3+,Cr3+,Cu2+,Fe3+)

12345678910111213此时溶液的最大吸收波长在576 nm，本实验中对化合物3测试采用条件是在30％的水中进行，其中有机溶剂与水的比例是EtOH /Tris=7:3，V/V。从图5可以看出，该探针对Cu2+的选择性最强，而Al3+、Cr3+、Fe3+相对于其余的金属离子，对Cu2+的选择性有一定的干扰，可通过加入其对应离子的掩蔽剂，排除其干扰。

3.4 干扰离子的影响

3.4.1 溶液配制

11

条件：V乙醇：VH2O=7:3，cprobe=5×10-4 mol/L，cMn+=3×10-2 mol/L，总体积3 mL。

表3 竞争实验各溶液配置如下

样品管号 1

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Mn+ 空白 Ag+ Al3+ Ca2+ Cd2+ Co2+ Cr2+ Fe2+ Fe3+ K+ Mg2 Na+ Zn2+

VProbe/mL 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09

V乙醇/mL 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01

Vtris-HCl/mL VCu2+/mL 0.84 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78

0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06

V Mn+/mL 0 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06

3.4.2 光谱性质

50FL.intensity(a,u4030201001234567 8910111213

图6化合物3 (10 μM)与不同金属离子(40 equiv)的荧光反应 （1-13分别代表Cu2+, Ag+, Al3+, Ca2+, Cd2+, Co2+, Cr2+, Fe2+, Fe3+, K+, Mg2+, Na+, Zn2+）

在化合物3 -Cu2+络合物溶液中，加入相同物质的量的一系列常见金属阳离子溶液，因Cu2+与化合物3络合相对其余金属离子较强，在上述选择性实验中，掩蔽铁、铬、铝离子的影响，各组溶液荧光吸收强度差别不大，说明其余干扰离子的存在不影响其荧光探针对Cu2+的检测。

12

3.5 pH的影响

3.5.1 溶液配制

条件：V乙醇：VH2O=7:3，cprobe=5×10-4 mol/L，cCu2+=3×10-2 mol/L，总体积3 mL

表4 pH影响实验各溶液配置如下

样品管号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

pH值 3.00 3.55 4.01 4.45 5.05 5.51 6.00 6.53 7.02 7.48 8.01 8.50 9.00

VProbe/mL 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09

V乙醇/mL 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01 2.01

Vtris-HCl/mL 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84 0.84

3.5.2 光谱性质

50FL.intensity(a,u)4030201004.04.55.05.56.06.57.07.5pH

图7 pH与溶液荧光强度的关系

用稀盐酸和氢氧化钠调节tris-HCl缓冲溶液的pH值，用PHS-3E型pH计准确测定其值，配制以上溶液后，在日立F-2500荧光分光光度计下进行测定，由图可知，在pH为4.45~7.48之间溶液的荧光强度相差不大，比较稳定。故可知，此化合物3检测Cu2+

13

的适宜pH范围为4.45~7.48。

3.6 反应机理的探讨

3.6.1 溶液配制

条件：V乙醇：VH2O=7:3，cprobe=5×10-4 mol/L，cCu2+=3×10-2 mol/L，总体积3 mL。

表5 Job-Plot曲线实验各溶液配置如下

比例 1:9

2:8 3:7 4:6 5:5 6:4 7:3 8:2 9:1

VProbe/mL 0.006 0.012 0.018 0.024 0.030 0.036 0.042 0.048 0.054

V乙醇/mL 2.094 2.088 2.082 2.076 2.07 2.064 2.058 2.052 2.046

V铜离子(0.003M)

0.09 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01

Vtris-HCl/mL 0.21 0.22 0.23 0.2 4 0.25 0.26 0.27 0.28 0.29

条件：V乙醇：VH2O=7:3，cprobe=5×10-4 mol/L，ｃS2-=3×10-2 mol/L，总体积3 mL。

表6 可逆性实验各溶液配置如下

样品管号

1

2

VProbe/mL 0.09 0.09

V乙醇/mL 2.01 2.01

Vtris-HCl/mL VCu2+/mL 0.84 0.78

0.06 0.06

VS2-/mL 0 0.06

3.6.2 光谱性质

FL.intensity(a,u)322416801:92:83:74:65:56:47:38:29:1Mole fraction of Cu2+

图8 室温下，在EtOH /Tris (7:3, v/v), pH=7.00条件下用工作曲线法分析化合物3和Cu2+

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6050FL.intensity(a,u)403020100550600Cu2+Cu2++S2-650Wavelength/nm

图9 溶液荧光强度的变化：化合物3 (10 μM)+ Cu2+(40 eq)；化合物3 (10 μM)+ Cu2+(80 eq)+S2-

由图8可知，当溶液中Cu2+与化合物3之比小于5:5时，随着化合物3与Cu2+的比例的增加，溶液的荧光强度逐渐增大；当溶液中Cu2+与化合物3之比大于5:5时，随着化合物3与Cu2+的比例的增加，溶液的荧光强度迅速减小，所以可以确定Cu2+与探针是1:1配位。为了进一步讨论化合物3的可逆性，我们在EtOH /Tris (7:3, v/v, pH=7.00) 溶液中存在10 μM的探针和40当量的Cu2+，测试其荧光强度，毫不例外荧光强度增强，然后加入过量的S2-再测试其荧光强度（图9），发现几乎没有了荧光，结果表明化合物3键合铜离子的过程是可逆的，说明此铜离子与化合物3发生了配位作用。可能的键合模型如图10。

HOONNNOCu2+NNONNONNON 图10 加入Cu2+后化合物3的荧光变化键合模型

3. 结论

（1）这种8-羟基喹啉配位的荧光探针是一种典型的“naked-eye”探针，具有紫红色的荧光效应，能够很好地溶解于无水乙醇当中；

15

（2）在pH为4.45~7.48的范围内，这种探针对铜离子的选择性和灵敏性高，是一种较好的检测铜离子的荧光探针；

（3）这是一种可逆反应型的铜离子探针。 参考文献

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[17] 吴豪，袁文兵．罗丹明类荧光探针研究进展[J]．广东化工，2011，38(6)：265-266．

致 谢

在本论文的写作过程中，我的导师XX老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每次稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，在这期间，我学到了很多，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始，我相信这会感染我一生。再次谢谢你，王老师！

同时感谢化学与环境工程学院其他老师在我做毕业论文的过程中提供的无私帮助，是你们的不吝教诲，使我完成了这篇论文，再次谢谢你们。最后还要感谢给过我帮助的化学与环境工程学院的学友们，谢谢！

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[17] 吴豪，袁文兵．罗丹明类荧光探针研究进展[J]．广东化工，2011，38(6)：265-266．

致 谢

在本论文的写作过程中，我的导师XX老师倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每次稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。写作毕业论文是一次再系统学习的过程，在这期间，我学到了很多，毕业论文的完成，同样也意味着新的学习生活的开始，我相信这会感染我一生。再次谢谢你，王老师！

同时感谢化学与环境工程学院其他老师在我做毕业论文的过程中提供的无私帮助，是你们的不吝教诲，使我完成了这篇论文，再次谢谢你们。最后还要感谢给过我帮助的化学与环境工程学院的学友们，谢谢！

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1fd3.html