一种检测[H+]的荧光化学传感器及其制备和使用方法

摘要

本发明公开了一种检测[H+]的荧光化学传感器及其制备和使用方法。荧光pH传感器以10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶或9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉为荧光材料，并配置成1×10-5mol/l的标准检测溶液，当向该标准检测溶液中加入酸性溶液时，紫外光谱能检测到紫外吸收曲线强度增强，荧光光谱能检测到荧光发射曲线强度减弱，发射峰蓝移的响应。本发明具有标准检测溶液配置简单，耗量少，荧光响应速度快，幅度大，不受常见金属离子干扰的特点。可用于化工厂酸性污水，蛋黄、乳酪、金枪鱼、比目鱼、奶酪或豆浆这些酸性食品的检测。

权利要求

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1.一种检测[H]的荧光化学传感器的使用方法，其特征在于：称取10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶或者9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑-5[1,2-b]异喹啉，用有机溶剂配置成1×10 mol/l的标准检测溶液，即荧光化学传感器，当向该标准检测溶液中加入待测溶液时，根据紫外光谱和荧光光谱的输出信号和本征信号的+差别，确定待测溶液的[H]值。

+

2.根据权利要求1所述的一种检测[H]的荧光化学传感器的使用方法，其特征在于所述的有机溶剂为：环己烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环、二氯甲烷、乙腈、甲苯、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或多种。

+

3.根据权利要求1所述的一种检测[H]的荧光化学传感器的使用方法，其特征在于所述的待测溶液为化工厂的酸性污水、蛋黄、乳酪、金枪鱼、比目鱼、奶酪或豆浆酸性食品溶液。

说明书

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一种检测[H]的荧光化学传感器及其制备和使用方法

[0001] 技术领域

[0002] 本发明涉及一种检测[H+]的荧光化学传感器及其制备和使用方法。

[0003] 背景技术

[0004] 酸碱测量与现代工业、农业、医学、生物工程、环境及科学研究等领域息息相关，因此pH传感器备受人们关注。传统的pH化学传感器主要是各种玻璃电极。随着现代科学技术的发展，尤其是在现代生命科学、环境科学和高科技领域的迅速发展，用传统的玻璃电极进行pH测量时往往会产生一定的困难。

[0005] 一些有机化合物的荧光或吸光性质随pH的变化可用来指示目标介质中酸碱性的改变。这种基于光学信号变化而建立的pH测定方法，可弥补玻璃电极所存在的上述不足，并得到了长足的发展。其中，荧光法测定pH具有灵敏度高、可以采用缓和模式操作，分析仪器的几何设计更加灵活等特点。此外，利用各种荧光参数(如荧光强度、荧光寿命等)的变化来测定pH值，不仅便于荧光显微学研究，而且可实时检测细胞内pH的动态分布和区域变化，引起了人们的关注。

[0006] pH荧光传感器中常用的敏感载体种类主要为荧光素类[1-3]（氨基荧光素[1]Anal. [2]Chem., 1982, 54(20): 821-823、荧光素异硫氰酯 Anal. Chem. Acta., 1998, 367: [3] [4]
159-165、丙烯酰氨基荧光素 Anal. Chem., 1986, 58(3): 1427-1430）、罗丹明类（McNamara等所用的四甲基若丹明Anal. Chem., 2001, 73(4): 3240-3246）、以及一些金[5-6] [5] [6]
属配合物 （如钌络合物 Anal. Chem., 1998, 70(2): 3892-3897和铕络合物 Sens. Actuators B , 2001, 74(2): 200-206也用作pH传感器的荧光载体，但是pH值的改变可能会引起络合物分解。因此研发灵敏度高、响应速度快、幅度大、普适性强、操作方便的新型pH荧光传感器具有非常重要的意义。

发明内容

[0007] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种检测[H+]的荧光化学传感器及其制备和使用方法。

[0008] 检测[H+]的荧光化学传感器，其分子结构式为：

[0009]

[0010] A 10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶

[0011] B 9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉

[0012] 检测[H+]的荧光化学传感器的制备和使用方法是：称取10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶或者9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]-5异喹啉，用有机溶剂配置成1×10 mol/l的标准检测溶液，即荧光化学传感器，当向该标准检测溶液中加入待测溶液时，根据紫外光谱和荧光光谱的输出信号和本征信号的差别，确+
定待测溶液的[H]值。

[0013] 所述的有机溶剂为：环己烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环、二氯甲烷、乙腈、甲苯、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或多种。

[0014] 所述的待测溶液为化工厂的酸性污水、蛋黄、乳酪、金枪鱼、比目鱼、奶酪或豆浆酸性食品溶液。

[0015] 本发明具有标准检测溶液配置简单，耗量少，荧光响应速度快，幅度大，不受常见金属离子干扰的特点。可应用于化工厂酸性污水、蛋黄、乳酪、金枪鱼、比目鱼、奶酪或豆浆等酸性食品的检测。

[0016] 附图说明

[0017] 图1 为10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶在不同[H+]浓度下的紫外光谱；

[0018] 图2为 10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶在不同[H+]浓度下的荧光光谱；

[0019] 图3 为10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶在不同金属离子存在下的荧光光谱；

[0020] 图4 为9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉在不同[H+]浓度下的紫外光谱；

[0021] 图5为9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉在不同[H+]浓度下的荧光光谱；

[0022] 图6为9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉在不同金属离子存在下的荧光光谱。

[0023] 具体实施方式

[0024] 本发明的原理是以2,3,5,6,7,8-六取代咪唑[1,2-a]吡啶衍生物为荧光材料制备成荧光化学传感器，分别用UV-2450型紫外光谱仪和用RF-5301PC型荧光光谱仪测定其在不同氢离子浓度下的紫外光谱和荧光光谱，并测定其在不同金属离子存在下的荧光光+谱，并将所测数据作图分析，得出待检溶液[H]与标准检测溶液的紫外光谱和荧光荧光之间的关系。

[0025] 检测[H+]的荧光化学传感器，其分子结构式为：

[0026]

[0027] A 10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶

[0028] B 9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉

[0029] 检测[H+]的荧光化学传感器的制备和使用方法是：称取10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶或者9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉，用有机溶剂配置成1×10-5 mol/l的标准检测溶液，即荧光化学传感器，当向该标准检测溶液中加入待测溶液时，根据紫外光谱和荧光光谱的输出信号和本征信号的差别，确定待测溶液的[H+]值。

[0030] 所述的有机溶剂为：环己烷、四氢呋喃、1,4-二氧六环、二氯甲烷、乙腈、甲苯、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或多种。

[0031] 所述的待测溶液为化工厂的酸性污水、蛋黄、乳酪、金枪鱼、比目鱼、奶酪或豆浆酸性食品溶液。

[0032] 下面结合实施实例对本发明作进一步说明

[0033] （1） 10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶的标准检测溶液的配置

[0034] 用精密天平准确称量化合物A 5.72毫克并加入到100ml容量瓶中，用THF定容至100 ml，吸取10 ml于另一个100 ml容量瓶中，用THF 稀释到100 ml，配置成浓度为1×10-5 mol/l的标准检测溶液；

[0035] （2）9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉的标准检测溶液的配置

[0036] 用精密天平准确称量化合物A 5.72毫克并加入到100ml容量瓶中，用THF定容至100 ml，吸取10 ml于另一个100 ml容量瓶中，用THF 稀释到100 ml，配置成浓度为1×10-5 mol/l的标准检测溶液；

[0037] （3）金属离子溶液的配置：

[0038] 分别准确称取以下金属盐（硝酸银、氯化钡、氯化钙、氯化镉、氯化钴、硫酸铜、氯化锂、氯化锰、氯化钠、氯化镍、氯化锌）各1 mmol，溶解于100 ml去离子水中，配置成浓度为1×10-2 mol/l的金属离子溶液。

[0039] 实施例1

[0040] 用移液枪吸取浓度为1×10-5 mol/l 的10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶的标准检测溶液2.5 ml置于比色皿中，分别测定10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶在无外界[H+]存在下的紫外光谱和荧光光谱，记录输出数据。

[0041] 实施例2

[0042] 用移液枪分别吸取浓度为1×10-5 mol/l 的10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶的标准检测溶液2.5 ml于两个比色皿中，再用移液枪分别+ -1吸取51微升的含[H]=1×10 mol/l酸性污水或蛋黄溶液分别加入到两个比色皿中，振荡+ -3
使之混合均匀，此时混合溶液的[H]=2.0×10 mol/l，分别测定10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶在此氢离子浓度下的紫外光谱和荧光光谱，记录数据。

[0043] 实施例3

[0044] 用移液枪分别吸取浓度为1×10-5 mol/l 的10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶的标准检测溶液2.5 ml于两个比色皿中，再用移液枪分别+ -1吸取104微升的含[H]=1×10 mol/l的酸性污水或乳酪溶液分别加入到两个比色皿中，+ -3
振荡使之混合均匀，此时混合溶液的[H]=4.0×10 mol/l，分别测定10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶在此氢离子浓度下的紫外光谱和荧光光谱，记录数据。

[0045] 实施例4

[0046] 用移液枪分别吸取浓度为1×10-5 mol/l 的10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶的标准检测溶液2.5 ml分别放于三个比色皿中，再用移液-2枪分别吸取25微升1×10 mol/l的硝酸银、氯化钡或氯化钙溶液分别加入三个比色皿中，-4
振荡使之混合均匀，此时混合溶液中金属阳离子的浓度为1×10 mol/l ，10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶和金属阳离子的摩尔浓度比为1比10，分别测定
10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶在三种金属离子干扰下的荧光光谱，记录数据。

[0047] 实施例5

[0048] 用移液枪分别吸取浓度为1×10-5 mol/l 的10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶的标准检测溶液2.5 ml分别放于三个比色皿中，再用移液-2枪分别吸取25微升1×10 mol/l的氯化镉、氯化钴、硫酸铜溶液分别加入三个比色皿中，-4
振荡使之混合均匀，此时混合溶液中金属阳离子的浓度为1×10 mol/l ，10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶和金属阳离子的摩尔浓度比为1比10，分别测定
10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶在三种金属离子干扰下的荧光光谱，记录数据。

[0049] 实施例6

[0050] 用移液枪吸取浓度为1×10-5 mol/l 的9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉的标准检测溶液2.5 ml于比色皿中，测定9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]+咪唑[1,2-b]异喹啉在无外界[H]存在下的紫外光谱和荧光光谱，记录数据。

[0051] 实施例7

[0052] 用移液枪分别吸取浓度为1×10-5 mol/l 的9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉的标准检测溶液2.5 ml于三个比色皿中，再用移液枪分别吸取28微升+ -3的含[H]=1×10 mol/l的酸性污水、金枪鱼或比目鱼溶液分别加入到三个比色皿中，振荡+ -5
使之混合均匀，此时混合溶液的[H]=1.08×10 mol/l，分别测定9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉在此氢离子浓度下的紫外光谱和荧光光谱，记录数据。

[0053] 实施例8

[0054] 用移液枪分别吸取浓度为1×10-5 mol/l 的9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉的标准检测溶液2.5 ml于三个比色皿中，再用移液枪分别吸取19微升+ -3的含[H]=1×10 mol/l的酸性污水污水、奶酪或豆浆溶液分别加入到三个比色皿中，振荡+ -5
使之混合均匀，此时混合溶液的[H]=7.46×10 mol/l，分别测定9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉在此氢离子浓度下的紫外光谱和荧光光谱，记录数据。

[0055] 实施例9

[0056] 用移液枪量分别取浓度为1×10-5 mol/l 的9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉的标准检测溶液2.5 ml于五个比色皿中，再用移液枪分别吸取25微升-21×10 mol/l的硝酸银、氯化钡、氯化钙、氯化镉、氯化钴溶液分别加入到五个比色皿中，振荡使之混合均匀，分别测定9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉在五种金属离子干扰下的荧光光谱，记录数据。

[0057] 实施例10

[0058] 用移液枪分别吸取浓度为1×10-5 mol/l 的9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪-2唑[1,2-b]异喹啉溶液2.5 ml于六个比色皿中，再用移液枪分别吸取25微升1×10 mol/l的硫酸铜、氯化锂、氯化锰、氯化钠、氯化镍、氯化锌溶液分别加入到六个比色皿中，振荡使之混合均匀，分别测定9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉在六种金属离子干扰下的荧光光谱，记录数据。

[0059] 结果表明，当标准检测溶液10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]+吡啶中加入[H]浓度递增的酸性溶液时，10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑+ -2
[1,2-a]吡啶的紫外光谱中236nm，257nm处的吸收峰逐渐增强，当[H]大于1×10 mol/l时，吸收峰强度增强更加显著(附图1)；当标准检测溶液A中加入浓度递增的酸性溶液时，10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶的荧光光谱中位于397 + -1
nm，422nm处的发射峰逐渐减弱，当[H]=3.0×10 mol/l时，三个发射峰强度基本相等，+ -1
并且在457nm处可以观察到一个等吸光点。当[H]＞3.0×10 mol/l时，位于397 nm，
422nm处的发射峰持续减弱；当标准检测溶液10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶中加入不同金属离子溶液时，10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶的荧光发射峰位置基本不变，强度有不同强度的增强，与加入氢离子时候的荧光发射曲线强度减弱的现象相反，所以金属离子的存在不会对10,11,12,13-四苯基菲并[9',10':4,5]咪唑[1,2-a]吡啶检测氢离子产生干扰(附图3)。

[0060] 当标准检测溶液9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉中加入+[H]浓度递增的酸性溶液时，9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉的紫外光谱中244nm吸收峰逐渐增强，328nm处的吸收峰略有减弱(附图4)；当标准检测溶液+
9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉中加入[H]浓度递增的酸性溶液时，
9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉的荧光发射光谱中位于517 nm处的+ -3
发射峰逐渐减弱，且持续蓝移，当[H]=2.13×10 mol/l时，原位于517 nm处的发射峰蓝移至497nm处，蓝移了20 nm(附图5)；当标准检测溶液9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉中加入不同金属离子溶液时，9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉的荧光发射峰位置不变，强度有不同强度的增强，与加入氢离子时候的发射峰减弱的现象相反，所以金属离子的存在不会对9,11,12,14-四苯基二苯并[f,h]咪唑[1,2-b]异喹啉检测氢离子产生干扰(附图6)。