李媛媛，侯不唯，李 愷

(1.河南工業(yè)大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001; 2.鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院,河南 鄭州 450001; 3.鄭州外國(guó)語(yǔ)學(xué)校AP中美班,河南 鄭州 450001; 4.鄭州大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

基于水楊醛席夫堿結(jié)構(gòu)的鋅離子選擇性熒光探針

李媛媛，侯不唯3，李 愷4

(1.河南工業(yè)大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001; 2.鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院,河南 鄭州 450001; 3.鄭州外國(guó)語(yǔ)學(xué)校AP中美班,河南 鄭州 450001; 4.鄭州大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

設(shè)計(jì)并合成了一種新型鋅離子熒光探針——4-N,N-二乙胺基水楊醛-2-吡啶肼席夫堿(1). 在pH為7.0的50%水/乙醇(體積比)體系中，1對(duì)鋅離子表現(xiàn)出顯著的熒光增強(qiáng)響應(yīng). 提高體系中的乙醇含量有利于獲得更高的熒光放大倍數(shù)，在純乙醇中，1對(duì)鋅離子的熒光增強(qiáng)可達(dá)100倍. 1對(duì)鋅離子的熒光檢測(cè)表現(xiàn)出良好的選擇性，尤其可以區(qū)分鋅離子的常見(jiàn)干擾離子鎘離子. 其線(xiàn)性范圍為0.1～1.0 μmol/L，檢測(cè)限達(dá)到35 nmol/L. 同時(shí)，1被成功用于實(shí)際水樣中鋅離子的定量檢測(cè).

鋅離子；熒光增強(qiáng)；探針；席夫堿

鋅離子是生命體所需的重要微量元素，其在人體內(nèi)的含量?jī)H次于鐵，在血液中的最高濃度可達(dá)10 μmol/L[1]. 鋅離子在多種生命過(guò)程中扮演著重要角色，對(duì)包括神經(jīng)傳導(dǎo)、基因表達(dá)、酶活性、細(xì)胞代謝以及DNA和RNA的合成等許多生命活動(dòng)有著重要的影響[2-3]. 鋅也被人類(lèi)廣泛使用在各類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)中，如合金制造、機(jī)械加工、電鍍防腐、電池電極等. 然而，隨著工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)行，大量的鋅以陽(yáng)離子的形式進(jìn)入環(huán)境，成為一種常見(jiàn)的環(huán)境污染物. 人體過(guò)多攝入鋅元素，會(huì)導(dǎo)致一系列的不良反應(yīng)與疾病[4]. 因此，對(duì)鋅離子的高效、快速、選擇性檢測(cè)顯示出了重要的意義[5].

目前，常見(jiàn)的鋅離子檢測(cè)方法包括原子吸收/發(fā)射光譜法、色譜法、比色法、熒光法等[6-8]. 其中熒光法由于其高選擇性、低檢測(cè)限、簡(jiǎn)便快捷、可原位分析等突出優(yōu)點(diǎn)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[9-15]. 在鋅離子熒光探針的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用中，由于鋅離子和鎘離子具有高度相似的電子層結(jié)構(gòu)和絡(luò)合性能，使得其檢測(cè)常常會(huì)受到鎘離子的干擾，選擇性不佳[16-21]. 本研究設(shè)計(jì)合成了4-N,N-二乙胺基水楊醛-2-吡啶肼席夫堿(1)作為鋅離子選擇性熒光探針，其通過(guò)與鋅形成2∶1絡(luò)合物，表現(xiàn)出藍(lán)綠色熒光. 最重要的是，其對(duì)鋅離子具有良好的選擇性，可以有效的將鋅離子從其他金屬離子(尤其是鎘離子)中區(qū)分出來(lái). 在pH為7.0的50%水/乙醇(體積比)體系中，探針對(duì)鋅離子表現(xiàn)出超過(guò)10倍的熒光增強(qiáng)響應(yīng)，發(fā)射波長(zhǎng)474 nm. 在純乙醇中，探針對(duì)鋅離子的熒光增強(qiáng)倍數(shù)可高達(dá)100倍以上.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

本實(shí)驗(yàn)中所采用的試劑均為市售分析純?cè)噭?，所采用的水為二次蒸餾去離子水. 4-N, N-二乙胺基水楊醛和2-肼基吡啶購(gòu)買(mǎi)于安耐吉化學(xué)試劑有限公司. 實(shí)驗(yàn)中所采用的金屬離子為該金屬的可溶性硝酸鹽或高氯酸鹽. 其他藥品和所用有機(jī)溶劑都購(gòu)買(mǎi)于國(guó)藥集團(tuán)北京化學(xué)試劑有限公司.

1.2 儀器

熒光光譜：采用JASCO FP-8300熒光光譜儀測(cè)得;紫外光譜：采用JASCO V-750紫外可見(jiàn)光譜儀測(cè)得;pH：采用METTLERTOLEDO-FE20/EL20型pH計(jì)測(cè)得;核磁共振譜：采用Bruker-DPX-400型核磁共振儀測(cè)得，磁場(chǎng)強(qiáng)度400 MHz;質(zhì)譜：采用Agilent 6420型液相色譜/質(zhì)譜儀測(cè)得.

1.3 合成與表征

4-N,N-二乙胺基水楊醛-2-吡啶肼席夫堿(1)的合成路線(xiàn)如圖1所示：將193 mg(1 mmol)4-N, N-二乙胺基水楊醛和109 mg(1 mmol)2-肼基吡啶分別溶于10 mL無(wú)水乙醇后，加入50 mL圓底燒瓶中. 體系在室溫下攪拌2 h，過(guò)濾所得沉淀，用30 mL無(wú)水乙醇洗三次，在紅外燈下烘干，即可獲得目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率為77%. 核磁：1H NMR (DMSO-d6)δ：1.06 (t，6H)，3.31 (m，4H)，6.09 (d，1H)，6.21 (d，1H)，6.67 (m，1H)，6.81 (m，1H)，7.14 (m，1H)，7.58 (m，1H)，8.07 (m，2H)，10.52 (s，1H)，10.67(s，1H).13C NMR (DMSO-d6)δ：13.07，44.29，98.19，104.19，105.99，108.27，114.81，130.01，138.44，142.68，148.51，149.61，156.94，158.70. 質(zhì)譜:m/z285.3 ([M + H]+)，計(jì)算值 285.2([M + H]+).

4-N,N-二乙胺基苯甲醛-2-吡啶肼席夫堿(2)的合成：將177 mg(1 mmol)N,N-二乙基-4-氨基苯甲醛和109 mg(1 mmol)2-肼基吡啶分別溶于10 mL無(wú)水乙醇后，加入50 mL圓底燒瓶中. 體系在室溫下攪拌2 h，過(guò)濾所得沉淀，用30 mL無(wú)水乙醇洗三次，在紅外燈下烘干，即可獲得目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率為83%. 核磁：1H NMR (DMSO-d6)δ：1.09 (t，6H)，3.35 (m，4H)，6.67 (s，3H)，7.16 (s，1H)，7.44 (d，3H)，7.90 (s，1H)，8.06 (s，1H)，10.50 (s，1H).13C NMR (DMSO-d6)δ：12.91，44.16，106.40，111.69，114.47，122.59，127.97，138.13，140.55，148.16，148.24，157.89. 質(zhì)譜:m/z269.2 ([M + H]+)，計(jì)算值 269.2([M + H]+).

4-N,N-二乙胺基水楊醛苯肼席夫堿(3)的合成：將193 mg(1 mmol)4-N, N-二乙胺基水楊醛和108 mg(1 mmol)苯肼分別溶于10 mL無(wú)水乙醇后，加入50 mL圓底燒瓶中. 體系在室溫下攪拌2 h，過(guò)濾所得沉淀，用30 mL無(wú)水乙醇洗三次，在紅外燈下烘干，即可獲得目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率為85%. 核磁：1H NMR (DMSO-d6)δ：1.09 (t，6H)，3.31 (m，4H)，6.14 (m，2H)，6.73 (t，1H)，6.90 (d，2H)，7.23 (m，3H)，8.01 (s，1H)，10.02 (s，1H)，10.85 (s，1H).13C NMR (DMSO-d6)δ：13.01，44.22，98.17，104.05，108.31，111.76，118.72，129.71，130.21，141.34，145.61，149.23,158.44. 質(zhì)譜:m/z283.2 ([M + H]+)，計(jì)算值 283.2 ([M + H]+).

1.4 測(cè)試方法

本實(shí)驗(yàn)中所有的紫外光譜和熒光光譜均在具有一定pH的10 mmol/L Tris-HCl與有機(jī)溶劑緩沖體系中測(cè)量得到，測(cè)試溫度為25 ℃. 測(cè)試前，先配置好所需比例和pH的Tris-HCl/有機(jī)溶劑緩沖體系，并將1用DMSO逐級(jí)稀釋配置成1.00×10-3mol/L儲(chǔ)備液，將金屬硝酸鹽或高氯酸鹽用去離子水逐級(jí)稀釋配置成1.00×10-2mol/L儲(chǔ)備液備用. 測(cè)試時(shí)，將0.030 mL的1.00×10-3mol/L的1儲(chǔ)備液稀釋于配置好的3.00 mL的Tris-HCl/有機(jī)溶劑緩沖體系中，混勻并靜置1 min后進(jìn)行測(cè)試. 金屬離子根據(jù)需要的添加量加入體系中，混勻并靜置1 min后進(jìn)行測(cè)試.

2 結(jié)果與討論

2.1 探針1與鋅離子的結(jié)合及其光譜變化

首先，我們采用了紫外滴定和熒光滴定的方法，研究了1與鋅離子的絡(luò)合情況. 如圖2A所示，在pH為7.0的50%水/乙醇(體積比)體系中，隨著鋅離子濃度的逐漸增加，10 μmol/L探針1的紫外吸收光譜表現(xiàn)出非常規(guī)則的比率變化：在364 nm的吸收峰逐漸降低，在402 nm的吸收峰相應(yīng)升高. 同時(shí)，可以清楚的看到，在384 nm附近出現(xiàn)了一個(gè)等吸收點(diǎn). 這些結(jié)果表明在鋅離子加入后，體系中有新的物質(zhì)生成，我們推測(cè)應(yīng)該是形成了1與鋅離子的絡(luò)合物(圖1). 在紫外滴定曲線(xiàn)中可以看到(圖2B)，當(dāng)鋅離子濃度超過(guò)探針濃度的0.5倍后，紫外吸收信號(hào)基本達(dá)到飽和，不再發(fā)生改變. 這說(shuō)明探針與鋅離子所形成的絡(luò)合物的結(jié)合比為2∶1. 在熒光滴定實(shí)驗(yàn)中，可以得到類(lèi)似的結(jié)果. 如圖3所示，隨著鋅離子的加入，體系在474 nm處的熒光峰逐漸增強(qiáng)，當(dāng)鋅離子濃度超過(guò)探針濃度的0.5倍后，熒光信號(hào)達(dá)到飽和. 在鋅離子加入前到飽和后，1表現(xiàn)出了超過(guò)10倍的熒光增強(qiáng)響應(yīng)，該響應(yīng)肉眼可見(jiàn)，由此可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋅離子的裸眼快速檢測(cè).

圖1 A)1的合成；B)1與鋅離子形成絡(luò)合物的示意圖；C) 對(duì)比化合物2和3的合成Fig.1 A) Synthesis of 1. B) Formation of 1-Zn complex. C) Synthesis of compounds 2 and 3

圖2 A)1隨鋅離子濃度增加的紫外光譜變化；B)402 nm處吸光度隨鋅離子濃度增加的變化. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 0～10 μmol/L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.2 A) Absorption spectra of 1 upon the addition of Zn(Ⅱ). B) The absorbance at 402 nm as a function of Zn(Ⅱ) concentration. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 0-10 μmol/L, water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

為了進(jìn)一步明確1與鋅離子所形成的絡(luò)合物的結(jié)合比，我們采用了Job’s plot方法進(jìn)行測(cè)試. 控制1和鋅離子的總濃度為10 μmol/L，改變兩者比例，記錄402 nm處紫外吸收峰的強(qiáng)度變化. 如圖4所示，當(dāng)1和鋅離子的濃度比到達(dá)2∶1時(shí)，402 nm處吸光度達(dá)到極大值，這再次說(shuō)明1和鋅離子形成了2∶1結(jié)合的絡(luò)合物.

眾所周知，配體與金屬離子形成絡(luò)合物時(shí)，五元環(huán)和六元環(huán)的結(jié)構(gòu)最有利于絡(luò)合物的穩(wěn)定. 因此，根據(jù)1的結(jié)構(gòu)，我們推測(cè)1應(yīng)該是以其結(jié)構(gòu)中的酚羥基、席夫堿的氮原子和吡啶基團(tuán)的氮原子為結(jié)合位點(diǎn)，與鋅離子形成絡(luò)合物結(jié)構(gòu)(圖1B). 為了確定探針1與鋅離子的結(jié)合位點(diǎn)，我們分別合成了對(duì)比化合物2和3. 相對(duì)于1來(lái)說(shuō)，化合物2的結(jié)構(gòu)中沒(méi)有酚羥基而化合物3的結(jié)構(gòu)中則不存在吡啶氮原子，其結(jié)構(gòu)如圖1C所示. 隨后，我們分別在pH為7.0的50%水/乙醇(體積比)體系中，對(duì)化合物2和3對(duì)鋅離子的結(jié)合進(jìn)行了研究，其結(jié)果如圖5所示. 加入鋅離子前后，化合物2和3的紫外光譜都幾乎沒(méi)有發(fā)生變化. 由此可知，酚羥基和吡啶氮原子在1與鋅離子的絡(luò)合過(guò)程中起了不可替代的作用. 進(jìn)一步，我們通過(guò)核磁滴定對(duì)1與鋅離子的絡(luò)合進(jìn)行了研究，其結(jié)果如圖6所示. 由于金屬離子的加入，化合物苯環(huán)區(qū)的氫原子化學(xué)位移發(fā)生不同程度的變化：其中，3號(hào)、5號(hào)、7號(hào)氫原子由于與作用位點(diǎn)最近，向低場(chǎng)的移動(dòng)最為明顯，化學(xué)位移的改變最大；與吡啶氮原子處于間位的4號(hào)、6號(hào)兩個(gè)氫原子的化學(xué)位移則相對(duì)略小；1號(hào)、2號(hào)氫原子與作用位點(diǎn)最遠(yuǎn)，化學(xué)位移在鋅離子加入前后幾乎沒(méi)有變化；8號(hào)氫原子所在的氮原子和相鄰的起絡(luò)合作用的氮原子并不共軛鏈接，所以配位前后化學(xué)位移也幾乎沒(méi)有變化. 該結(jié)果再次印證了我們對(duì)于鋅離子與1結(jié)合位點(diǎn)的推測(cè).

圖3 A)1隨鋅離子濃度增加的熒光光譜變化；B)474 nm處熒光強(qiáng)度隨鋅離子濃度增加的變化. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 0～10 μmol/L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.3 A) Fluorescence spectra of 1 upon the addition Zn(Ⅱ). B) The fluorescence intensity at 474 nm as a function of Zn(Ⅱ) concentration. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 0-10 μmol/L, water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

圖4 以Job’s plot方法，通過(guò)402 nm處吸光度變化測(cè)定1-Zn絡(luò)合物的結(jié)合比. 條件：[1] + [Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/ L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0 Fig.4 Job’s plot method for evaluating the stoichiometry of 1-Zn complex by measuring the change of absorbance at 402 nm. Conditions: [1] + [Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L, water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

圖5 化合物2和3在鋅離子加入前后紫外光譜的變化. 條件：[2] = [3] =10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.5 Absorption spectra of 2 and 3 before and after the addition of Zn(Ⅱ). Conditions: [2] = [3] =10 μmol/L, [Zn (Ⅱ)] = 10 μmol/L, water/EtOH (water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

圖6 加入鋅離子前后1的核磁1H譜的變化Fig.6 1H-NMR spectrum of 1 before and after the addition of Zn(Ⅱ)

2.2 檢測(cè)條件優(yōu)化

2.2.1 探針1對(duì)鋅離子檢測(cè)的選擇性和抗干擾能力

如圖7所示，分別加入2當(dāng)量的不同金屬離子于10 μmol/L探針1溶液中，只有鋅離子產(chǎn)生了明顯的熒光增強(qiáng)響應(yīng). 其他16種常見(jiàn)金屬離子，包括對(duì)鋅離子常常發(fā)生干擾的鎘離子，都未表現(xiàn)出任何熒光增強(qiáng). 這說(shuō)明1對(duì)鋅離子具有良好的選擇性. 進(jìn)一步，研究1在不同金屬離子存在時(shí)檢測(cè)鋅的抗干擾能力，我們?cè)隗w系中加入2當(dāng)量鋅離子的同時(shí)，也加入了2當(dāng)量的其他干擾離子(圖7網(wǎng)格柱狀部分). 結(jié)果表明，堿金屬、堿土金屬以及絕大多數(shù)常見(jiàn)金屬離子對(duì)鋅離子的檢測(cè)都不會(huì)產(chǎn)生干擾，其中包括鎘離子. 只有鈷、銅、鎳三種金屬離子由于其本身的順磁作用及較強(qiáng)的絡(luò)合能力，對(duì)體系的熒光產(chǎn)生了一定的猝滅，而這種猝滅通常是不可避免的[16-26]. 總而言之，1對(duì)鋅離子的檢測(cè)具有非常好的選擇性和一定的抗干擾能力.

圖7 探針1對(duì)Zn(Ⅱ)的選擇性和抗干擾能力，熒光激發(fā)波長(zhǎng)410 nm，發(fā)射波長(zhǎng)474 nm. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L，[M] = 10 μmol/L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.7 Selectivity of 1 in the presence of different metal ions with or without Zn(Ⅱ). Excitation and emission was at 410 and 474 nm, respectively. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L, [M] = 10 μmol/L, water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

2.2.2 有機(jī)溶劑的選擇和用量

探針1在純水體系中，對(duì)鋅離子沒(méi)有熒光增強(qiáng)響應(yīng)，需要體系中存在一定的有機(jī)溶劑方可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋅離子的響應(yīng). 我們首先對(duì)有機(jī)溶劑的種類(lèi)進(jìn)行了篩選，結(jié)果如圖8所示. 將乙醇、DMSO和乙腈這三種可以和水任意比例互溶的常用溶劑與10 mmol/L pH為7.0 的Tris-HCl水溶液配置成緩沖體系. 在這三種體系中，分別測(cè)試1在加入2當(dāng)量鋅離子前后的熒光強(qiáng)度. 結(jié)果表明，在水/乙醇中，1對(duì)鋅離子表現(xiàn)出了最佳的熒光增強(qiáng)響應(yīng). 在水/DMSO中，探針的背景熒光較高. 而在水/乙腈中，探針的熒光增強(qiáng)倍數(shù)較小. 同時(shí)，考慮到乙醇是一種常見(jiàn)的低毒性、廉價(jià)的有機(jī)溶劑，因此選擇水/乙醇作為分析體系.

圖8 水/不同有機(jī)溶劑混合體系中，向1中添加2當(dāng)量鋅離子前后的熒光強(qiáng)度. 激發(fā)波長(zhǎng)410 nm，發(fā)射波長(zhǎng)474 nm. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L，50%水/有機(jī)溶劑(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.8 Fluorescence intensity of 1 in the absence and presence of 2 equiv. Zn(Ⅱ) in water/different organic solvent mixture. Excitation and emission was at 410 and 474 nm, respectively. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L, water/organic solvent (Vwater/Vorganic solvent=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

在確定水/乙醇的分析體系后，我們進(jìn)一步對(duì)乙醇用量對(duì)探針響應(yīng)性能的影響進(jìn)行了探究. 如圖9所示，隨著體系中乙醇所占比例的升高，探針對(duì)鋅離子的熒光增強(qiáng)倍數(shù)逐漸增大. 在乙醇含量達(dá)到50%時(shí)，熒光增強(qiáng)倍數(shù)已超過(guò)10倍；在純乙醇體系中，熒光增強(qiáng)倍數(shù)甚至超過(guò)100倍. 然而，過(guò)高的有機(jī)溶劑含量常對(duì)實(shí)際樣品的分析帶來(lái)不便. 因此，綜合考慮熒光增強(qiáng)效果和有機(jī)溶劑含量，采用 50%水/乙醇(體積比)體系作為對(duì)鋅離子檢測(cè)的最佳體系.

圖9 在不同比例的水/乙醇體系中，向1中添加2當(dāng)量鋅離子前后的熒光強(qiáng)度. 激發(fā)波長(zhǎng)410 nm，發(fā)射波長(zhǎng)474 nm. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.9 Fluorescence intensity of 1 in the absence and presence of 2 equiv. Zn(Ⅱ) in different water/EtOH mixture. Excitation and emission was at 410 and 474 nm, respectively. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L, pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

pH對(duì)探針的響應(yīng)性能也有著重要的影響. 如圖10所示，向含有10 μmol/L探針1的不同pH的50%水/乙醇溶液中加入2當(dāng)量鋅離子后，熒光強(qiáng)度具有明顯區(qū)別，1在pH為7.0時(shí)表現(xiàn)出最高倍數(shù)的熒光增強(qiáng). 其可能的原因是：在酸性條件下，溶液中的氫離子會(huì)使1中的吡啶基團(tuán)結(jié)合質(zhì)子，降低了其對(duì)金屬離子的結(jié)合能力，影響了1-Zn絡(luò)合物的生成；而在堿性條件下，體系中的氫氧根與鋅離子結(jié)合，同樣會(huì)影響1-Zn絡(luò)合物的生成. 因此，中性條件被確定為1對(duì)鋅離子檢測(cè)的最佳條件.

圖10 不同pH條件下探針1與Zn(Ⅱ)結(jié)合前后的熒光強(qiáng)度，激發(fā)波長(zhǎng)410 nm，發(fā)射波長(zhǎng)474 nm. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系Fig.10 Fluorescence intensity of 1 in the absence and presence of Zn(Ⅱ) at different pH. Excitation and emission was at 410 and 474 nm, respectively. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L, water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

2.3 探針1對(duì)鋅離子的熒光檢測(cè)性能

2.3.1 鋅離子檢測(cè)的工作曲線(xiàn)及檢測(cè)限

根據(jù)2.2實(shí)驗(yàn)所得的鋅離子檢測(cè)的最佳條件，我們對(duì)1對(duì)鋅離子檢測(cè)的工作曲線(xiàn)及檢測(cè)限進(jìn)行了測(cè)量和計(jì)算. 在含有10 μmol/L探針1的pH為7.0的50%水/乙醇緩沖體系加入0.1～1.0 μmol/L的鋅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)量其在474 nm處的熒光信號(hào). 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明(圖11)，1對(duì)至少在0.1～1.0 μmol/L的范圍內(nèi)的鋅離子具有極好的線(xiàn)性熒光響應(yīng)，其滴定曲線(xiàn)的相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.999(n=3). 對(duì)于0.50 μmol/L鋅離子進(jìn)行了三次平行測(cè)量，其結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.6%. 根據(jù)IUPAC對(duì)檢測(cè)限的定義(CDL= 3Sb/m)，計(jì)算得1對(duì)鋅離子的檢測(cè)限為35 nmol/L.

圖11 1對(duì)鋅離子的熒光檢測(cè)工作曲線(xiàn)，激發(fā)波長(zhǎng)410 nm，發(fā)射波長(zhǎng)474 nm. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 0.1-1.0 μmol/L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.11 Fluorescence intensity of 1 as a function of Zn(Ⅱ) concentration (0.1-1.0 μmol/L). Excitation and emission was at 410 and 474 nm, respectively. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 0.1-1.0 μmol/L, water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

2.3.2 對(duì)實(shí)際水樣的檢測(cè)

根據(jù)2.3.1獲得的工作曲線(xiàn)，我們用1對(duì)自來(lái)水及合成水樣中的鋅離子濃度進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如表1所示. 對(duì)于合成水樣(在去離子水中加入5.00 μmol/L的Zn(Ⅱ), 5.00 μmol/L的Cd(Ⅱ), Pb(Ⅱ), Ag(I), Hg(Ⅱ)和10.0 μmol/L的Na(I), K(I), Mg(Ⅱ), Ca(Ⅱ)制得)，我們準(zhǔn)確測(cè)得了其中鋅離子的含量，回收率分別為98.2%和102.7%，三次測(cè)量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.2%和1.7%. 對(duì)于自來(lái)水樣，同樣獲得了很好的回收率和理想的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差. 這表明，1可以應(yīng)用于實(shí)際水樣的檢測(cè).

表1 探針1用于實(shí)際水樣品中Zn(Ⅱ)濃度的測(cè)定

3 結(jié)論

設(shè)計(jì)并合成了一種新型鋅離子增強(qiáng)型熒光探針1. 該探針合成簡(jiǎn)單，成本低廉，在50%水/乙醇(體積比)緩沖體系中性pH條件下，與鋅離子形成2∶1的絡(luò)合物，伴隨超過(guò)10倍的熒光增強(qiáng)響應(yīng). 更重要的是，1對(duì)鋅離子表現(xiàn)出了極佳的選擇性，即使鎘離子也不會(huì)對(duì)其檢測(cè)產(chǎn)生干擾. 1可以用于對(duì)鋅離子的快速裸眼檢測(cè)和定量分析檢測(cè)，檢測(cè)限達(dá)到35 nmol/L.

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[責(zé)任編輯：劉紅玲]

A fluorescence probe based on a schiff base structure for the detection of zinc ion with good selectivity

LI Yuanyuan1,2*, HOU Buwei3, LI Kai4

(1.SchoolofChemistry,ChemicalandEnvironmentalEngineering,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450001,Henan,China; 2.SchoolofChemicalEngineeringandEnergy,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,Henan,China; 3.ZhengzhouForeignLanguageSchool,Zhengzhou450001,Henan,China; 4.CollegeofChemistryandMolecularEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,Henan,China)

N,N-Diethylaminosalicylaldehyde-2-pyridinehydrazone (1) was designed and synthesized as a fluorescence probe for the detection of Zn(Ⅱ). In water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%, pH = 7.0), 1 showed a fluorescence “turn-on” response to Zn(Ⅱ). Higher content of EtOH was beneficial for the amplification of fluorescence signal. A fluorescence enhancement of 100-fold could be obtained in absolute EtOH. 1 exhibited good selectivity to Zn(Ⅱ) over other metal ions (especially for Cd(Ⅱ), which was a typical interfering ion for Zn(Ⅱ) detection). The linear range for the detection of Zn(Ⅱ) was 0.1-1.0 μmol/L and the detection limit was calculated as 35 nmol/L. 1 was successfully used in the detection of Zn(Ⅱ) in real water samples.

zinc ion; fluorescence “turn-on”; probe; Schiff base

2016-11-16.

國(guó)家自然科學(xué)基金(51502079, 21501150),鄭州大學(xué)優(yōu)秀青年教師發(fā)展基金(1521316005).

李媛媛(1986-), 女, 講師, 研究方向?yàn)樾》肿訜晒馓结?

*通訊聯(lián)系人, E-mail:yuanyuanli@haut.edu.cn.

O614.24+1

A

1008-1011(2017)02-0177-08