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(1.許昌學院 化學化工學院，河南 許昌 461000;2.鄢陵縣工商管理和質量技術監(jiān)督局，河南 鄢陵 461200)

鋅是人體內一種重要的微量元素.神經傳遞[1]、酶催化[2]、腦功能[3]和基因表達[4]，以及阿爾茨海默病、癲癇等疾病均與Zn2+有密切聯系[5，6].水體中Zn2+含量過高也會產生環(huán)境問題[7].熒光探針具有操作簡便、分析速度快、高靈敏度和高選擇性等優(yōu)點[8].然而，由于Cd2+、Al3+與Zn2+具有相似的配位形式和能力，會對Zn2+的檢測產生干擾.因此發(fā)展高選擇性、高靈敏度的Zn2+檢測方法成為研究熱點.具有雙吡唑結構的L作為一種三齒氮配體，由于其特殊的配位形式和電子結構被成功應用于合成熒光材料[9]和制備催化劑[10,11].因此我們把L作為熒光探針分子來進行Zn2+的檢測.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

SCINCO S-4100 UV型紫外-可見光譜儀，Scinco公司；Jobin Yvon FluoroLog-3-TCSPC型熒光光譜儀，Jobin Yvon公司；Waters Q-TOF型高分辨質譜儀，Waters公司.

2,6-吡啶二甲酸、乙酰氯、無水乙醇、四氫呋喃、乙酸、苯肼、苯乙酮、硝酸鋅、硝酸銅、硝酸鎘、硝酸鎳、硝酸鉻、硝酸鐵、硝酸鎂、硝酸鋇、硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸鉛、硝酸鈷、硝酸錳、硝酸鋁、乙腈均為直接購買的分析純試劑，去離子純凈水.

1.2 實驗方法

1.2.1 紫外-可見光譜和熒光光譜的測定

將探針L 用乙腈配制成1×10-3mol/L的溶液，金屬硝酸鹽用純凈水配成1×10-3mol/L的溶液.移取探針L的溶液60 μL 置于比色皿中，然后分別加入一定量的不同金屬離子溶液，用乙腈稀釋至3 mL.混勻放置10 min后測定其紫外-可見光譜和熒光光譜.

熒光光譜的測試條件：室溫為25 ℃，樣品池為1 cm×1 cm×4 cm石英比色皿，激發(fā)狹縫寬度為2 nm，發(fā)射狹縫寬度為2 nm.激發(fā)波長λex為330 nm，波長范圍為350～650 nm.

1.2.2 計算檢測限

檢測限是根據熒光滴定實驗數據計算出來的，計算公式為檢測限=3σ/k，其中，σ是測量20次探針L熒光強度的標準偏差；k是探針L與Zn2+熒光滴定曲線的斜率.

2 結果與討論

2.1 探針分子L的合成

按照文獻方法合成探針分子L[9]，合成路線如圖1所示.

2.2 離子選擇性

我們對探針L的離子選擇性進行測試.在探討濃度為10 μmol/L,金屬離子濃度為100 μmol/L，λex=330 nm條件下的熒光光譜如圖2，探針分子L溶液中加入各種金屬離子后，可以分為三種情況:(1)加入三價金屬離子Al3+、Cr3+和Fe3+時，在460 nm處熒光明顯增強；(2)加入Zn2+和Cd2+時，分別在375 nm和365 nm處熒光明顯增強；(3)加入其它金屬離子Na+、K+、Mg2+、Ba2+、Cu2+、Ni2+、Pb2+、Co2+和Mn2+時，熒光強度幾乎沒有變化.而Al3+、Cr3+和Fe3+的熒光發(fā)射峰在460 nm時,與Zn2+的375 nm、Cd2+的365 nm相距較遠，不會干擾Zn2+和Cd2+.眾所周知，Cd2+和Zn2+處于同一副族，具有相似的電子結構，Cd2+會對Zn2+的檢測產生較大干擾.在探針L溶液中加入Zn2+后，在375 nm處熒光強度增加了57倍，而加入Cd2+后熒光強度增強了16倍，Zn2+明顯高于Cd2+.由此可知，借助于熒光分光光度儀探針L可以高選擇性檢測Zn2+.

圖1 探針分子L的合成

2.3 離子干擾

我們對其他金屬離子的干擾進行了測試.在探討濃度為20 μmol/L和Zn2+濃度為10 μmol/L的混合液中，加入濃度為100 μmol/L的Al3+、Cr3+、Mg3+、Ba2+、K+、Ni2+、Pb2+和濃度為50 μmol/L的Co2+、Cn2+、Cd2+、Fe3+、N2+、Mn2+，結果如圖3所示.除Cu2+、Co2+和Cd2+對Zn2+的檢測有干擾外，其他金屬離子均不干擾Zn2+的檢測.其中，Co2+、 Cd2+對Zn2+的檢測干擾較小，而Cu2+對Zn2+的檢測干擾明顯，這是由于Cu2+與探針L的結合能力更強且生成的配合物會導致熒光淬滅.

圖2 探針L中加入各種金屬離子的熒光光譜

圖3 探針L和Zn2+的混合液中加入金屬離子的熒光強度(觀測波長為375 nm)

圖4 探針L與Zn2+的熒光Job’s曲線

2.4 Jobs曲線與探針L和Zn2+的配位比

我們采用熒光Job’s曲線的方法，研究了探針L與Zn2+的配位比.保持L和Zn2+的總濃度20 μmol/L不變，改變Zn2+的百分含量來觀測熒光強度的變化.在λex=330 nm,λex=375 nm下的測試結果如圖4.當Zn2+的含量達到0.33時，熒光強度達到最大值，由此可以確定探針L與Zn2+的配位比為21.

為了進一步確定探針L與Zn2+的配位比，我們研究了探針L與Zn2+結合溶液的高分辨質譜.從圖5可以看出，質量數547.175 0與[2L+Zn]2+吻合，印證了熒光Job’s曲線所確定的探針L與Zn2+的配位比為21.

2.5 熒光滴定曲線與線性擬合

接下來，我們來進行Zn2+的熒光滴定實驗.在探針L濃度為10 μmol/L，λex=330 nm,由圖6可以看出，隨著Zn2+的不斷加入，體系在375 nm處的熒光強度不斷增強.這是因為加入Zn2+后，探針L與Zn2+生成了穩(wěn)定的配合物，生成配合物后探針L的分子剛性增強，吡啶基團和吡唑基團由于Zn2+的配位而共平面，從而產生熒光.當Zn2+的加入量超過0.5倍后熒光增強趨于平緩，這是由于探針L與Zn2+以21的比例配位全部生成穩(wěn)定的配合物.對0～0.5倍量進行線性擬合,圖7中探針濃度為10 μmol/L，λex=330 nm，R2=0.996 77，具有很好的線性關系，表明探針L可以在0～0.5倍量范圍內可以定量檢測Zn2+的含量.通過計算得到檢測限(LOD)為2.59×10-8mol/L，表明探針L對Zn2+的檢測具有很高的靈敏度.

圖5 探針L和Zn2+生成配合物的高分辨質譜

圖6 探針L加入0-2.0倍量Zn2+的熒光滴定曲線

圖7 探針L的熒光強度(375 nm)與加入Zn2+量的線性擬合

圖8 探針L中加入0-2.0 倍量Zn2+的吸收光譜變化

2.6 紫外滴定曲線

我們使用紫外-可見分光光度計進行了Zn2+的滴定實驗.從圖8(探針濃度為10 μmol·L-1)可以看出，探針L的吸收光譜對Zn2+的加入產生了比率型變化. 隨著Zn2+的加入，吸光度在300 nm處不斷下降，在330 nm處則不斷上升.說明探針L與Zn2+生成了穩(wěn)定的配合物，生成配合物會導致探針分子的剛性增強，吸收峰會發(fā)生紅移.因此，在紫外光區(qū)探針L可以對Zn2+進行比率型檢測.

3 結論

雙吡唑衍生物L首次作為熒光探針用于檢測Zn2+.實驗結果表明，探針L檢測Zn2+具有靈敏度高、選擇性高等特點；通過Jobs曲線和高分辨質譜研究后發(fā)現，探針L與Zn2+的配位比為21；在探針L的乙腈溶液中，加入0.5倍Zn2+后熒光強度增加了57倍；熒光滴定實驗顯示在0～0.5倍范圍內，而且探針L能夠線性檢測Zn2+，檢測限低至2.59×10-8mol/L.紫外滴定實驗也顯示探針L可以比率型檢測Zn2+.