核黄素用于Hg2+的荧光检测及方法

摘要

本发明公开了核黄素为荧光试剂建立的一种荧光检测Hg2+的新方法。核黄素又称维生素B2，是一种来源广泛、价格低廉、性质稳定、安全的水溶性有机物。我们发现核黄素在水溶液中能够与Hg2+形成稳定络合物，使核黄素的荧光猝灭；基于这种结合的荧光变化建立了一种新的Hg2+检测方法；Hg2+的检出限能够达到5.0×10-9mol/L。在实验条件下，常见金属离子对Hg2+检测没有明显干扰。以核黄素为荧光分子探针，建立Hg2+的检测方法，不仅避免了目前Hg2+荧光分子探针研究中繁琐的有机合成问题，而且该方法还具有合成探针无法相比的安全性。

权利要求

2+

1.利用核黄素为荧光试剂建立的一种荧光检测Hg 的方法，其特征在于：在水溶液中交2+ 2+

替加入Hg 和EDTA，使荧光强度发生可逆性变化，通过Hg 使核黄素发生去质子化，核黄素2+ 2+

选择性地与Hg 形成稳定的基态络合物，核黄素的荧光选择性地被Hg 猝灭，而其它金属离+ + 2+ 2+ 3+ 3+ 2+ 2+ 2+ + 2+ 2+ 2+子：Na、K、Mg 、Ca 、Cr 、Fe 、Co 、Ni 、Cu 、Ag、Cd 、Zn 、Pb 不受影响；该方法在pH值-9 -5为6～10范围内的水溶液中进行，检测线性范围为5.0×10 mol/L～1.0×10 mol/L。

说明书

2+

核黄素用于Hg 的荧光检测及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种新的荧光检测Hg2+方法的建立。该方法使用的荧光检测试剂是核黄素，它来源广泛，使用安全、方便，价格低。

背景技术

[0002] 核黄素又称维生素B2，是人体必需的维生素之一，具有多种重要的生理功能。另外，核黄素还是一种自身可发射黄绿色荧光的水溶性天然物质。利用其荧光性质和选择性结合性质建立新的分析检测方法，具有十分重要的意义。

[0003] 重金属对环境和人体健康有很大危害。汞是其中毒性最强的元素之一，并且广泛2+
应用于工业生产和日用产品，最终将被释放到环境中。因此，研究Hg 与重要生物活性物质
2+
的相互作用、建立新的Hg 检测方法，对于生物、化学、环境及医学等都有着特殊意义。

[0004] Hg2+与DNA及蛋白质等生物大分子的相互作用早就引起了人们的重视，并被广泛2+
研究，为其毒理学和病理学提供了基础信息。核酸中的碱基胸腺嘧啶(T)与Hg 有很强的II
选择性相互作用，可诱导形成T-Hg -T错配碱基对。人们利用这种特异性结合，以T为识别
2+
基团，并连接荧光基团设计合成了多种Hg 荧光分子探针(Wang, Z.; Zhang, D. Q.; Zhu, D. B. Anal. Chim. Acta.2005, 549, 10-13. Che, Y.; Yang, X. M.; Zang, L. Chem.
2+
Commun.2008, 1413-1415.)。以T为识别基团设计的探针分子能够高选择性地识别Hg ，但其设计合成是较为复杂的研究工作。

[0005] 受上述工作启发，我们注意到核黄素分子中具有与胸腺嘧啶相似的结构部分，另外，核黄素本身可以发射强的荧光。因此，有可能直接利用核黄素作为荧光分子探针检测2+ 2+
Hg 。我们进一步研究发现，核黄素的确能够与Hg 形成配合物，使核黄素的荧光猝灭。之前，也有人研究过核黄素在溶液中与金属离子的相互作用，如多种过渡金属离子（不包括
2+
Hg ）在毫摩尔浓度以上时对核黄素荧光的动态猝灭性质(Varnes, A. W.; Dodson, R.
2+
B.; Wehry, E. L. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 946-950.)；但没有发现核黄素与Hg
2+
结合性质的研究报道，以及在此基础上建立的直接用核黄素作为荧光分子探针的Hg 检测
2+
方法。我们的研究发现，在毫摩尔浓度以下的低浓度Hg 与核黄素就能形成稳定配合物，使
2+
核黄素的荧光猝灭；基于这种结合的荧光变化建立的检测方法，Hg 的检出限能够达到5.0 -9
× 10 mol/L。

[0006] 核黄素作为Hg2+荧光分子探针，除了上述的优点外，它还具有安全、廉价、来源广2+
泛等突出的优点，有可能成为一种广泛使用的Hg 检测方法。

发明内容

[0007] 本发明目的在于建立一种新的荧光检测Hg2+的方法。该方法使用的荧光检测试剂是核黄素，它来源广泛，使用安全、方便，价格低。

[0008] 本发明利用荧光光谱研究核黄素与汞盐相互作用，发现在中性水溶液中，Hg2+使核黄素发生了去质子化，形成稳定的基态络合物，并导致核黄素的荧光猝灭。基于这种结合的2+
荧光变化建立了一种新的Hg 检测方法。具体测试采用荧光光谱法，利用标准工作曲线法进行含量推算。

[0009] 使用本发明的方法测试Hg2+，不受其它常见共存离子，例如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Al3+、3+ 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+ 2+ +
Fe 、Zn 、Ni 、Cd 、Cr 、Cu 、Pb 、Co 、Ag 等离子的影响，具有高选择性。以HEPES作为
2+
缓冲溶液，缓冲溶液的溶剂为水。由于在水中测试，使用方便。交替加入Hg 和EDTA，荧光
2+
强度发生可逆性变化。在pH值为6 ~ 10范围内，核黄素能够用于Hg 的检测。该方法的-9 -5 -9
检测线性范围为5.0 × 10 mol/L ~ 1.0 × 10 mol/L，检出限为5.0 × 10 mol/L。综上所述，本发明的技术效果是明显的，并提供了一种操作简便、可逆性、高选择性和高灵敏
2+
度测试Hg 的方法。

[0010] 本发明的优点也在于以核黄素为荧光检测试剂，建立Hg2+的检测方法，不仅避免2+
了目前Hg 荧光分子探针研究中繁琐的有机合成问题，而且该方法还具有合成探针无法相比的安全性。

[0011] 附图说明

[0012] 图1是实施例1的常见金属离子对核黄素的荧光变化图。

[0013] 图2是实施例2的pH值对核黄素及其含Hg2+溶液的荧光强度变化图。

[0014] 图3是实施例3的Hg2+浓度对核黄素的荧光光谱变化图。

[0015] 图4是实施例5的其它常见金属离子与Hg2+竞争时，核黄素的荧光变化图。

[0016] 具体实施方式

[0017] 实施例1

[0018] 核黄素的浓度为1.0 × 10-5 mol/L的水（1.0 × 10-3 mol/L HEPES，pH = 7.2）溶+ 3+ 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+ 2+ 2+ +液，分别加入各种常见的金属离子（K、Al 、Zn 、Ni 、Cd 、Cr 、Cu 、Pb 、Co 、Ca 、Na、
2+ + 3+ 2+ 2+
Mg 、Ag、Fe 、Hg ），浓度为核黄素浓度的5倍时，测定其荧光光谱。仅Hg 导致溶液荧光发生显著猝灭，而其它金属离子对溶液荧光光谱影响不明显。表明，本发明的荧光探针可在
2+
常见金属离子中单一选择性检测Hg 。其中：纵坐标表示荧光强度变化，横坐标表示金属离子种类。

[0019] 实施例2

[0020] 将1.0 × 10-5 mol/L的核黄素水溶液及含5.0 × 10-5 mol/L Hg2+的核黄素水溶液，用HClO4或NaOH溶液调节pH值，测定溶液荧光强度随pH值的变化。比较两条荧光强度2+
随pH值变化的曲线，可知在pH值为6 ~ 10范围内，核黄素与Hg 形成了稳定的配合物，导
2+
致溶液荧光发生显著猝灭。表明，核黄素能够用于pH值为6 ~ 10范围内Hg 的检测。其中：纵坐标表示荧光强度，横坐标表示pH值。

[0021] 实施例3

[0022] 核黄素的浓度为1.0 × 10-5 mol/L的水（1.0 × 10-3 mol/L HEPES，pH = 7.5）2+ 2+
溶液，Hg 浓度为核黄素浓度的0-10倍时，测定其荧光光谱。随着Hg 的加入，探针分子在
548 nm处的荧光峰强度逐渐降低。其中：纵坐标表示荧光强度，横坐标表示荧光波长。

[0023] 实施例4

[0024] 核黄素的浓度为1.0 × 10-5 mol/L的水（1.0 × 10-3 mol/L HEPES，pH = 8.0）溶2+
液，Hg 和EDTA浓度均为核黄素浓度的5倍时，测定其荧光强度。依次向核黄素溶液中加入
2+
Hg 和EDTA，循环5次得到荧光强度分别为87.7、48.8、89.6、52.1、89.8、52.2、89.7、52.4、
2+
89.7、52.1、88.8。表明，核黄素对Hg 的识别具有可逆性。

[0025] 实施例5

[0026] 核黄素的浓度为1.0 × 10-5 mol/L的水（1.0 × 10-3 mol/L HEPES，pH = 7.2）溶2+ + + 2+ 2+ 3+ 3+ 2+ 2+ 2+ +
液，分别加入Hg 和其它常见的金属离子（Na、K、Mg 、Ca 、Cr 、Fe 、Co 、Ni 、Cu 、Ag、
2+ 2+ 2+ 2+
Cd 、Zn 、Pb ）、Hg 与其它金属离子共存，浓度均为核黄素浓度的5倍时，测定其荧光光
2+
谱。其它常见金属离子均不明显干扰Hg 络合物的荧光发射，其荧光强度与溶液中仅存在
2+ 2+
Hg 时相似。表明，核黄素对Hg 的荧光检测不受其它常见金属离子的影响。其中：纵坐标
2+ 2+ + 2+ 3+ 2+
表示荧光强度，横坐标表示金属离子种类，1为Hg 、2为Hg + K、3为Hg + Al 、4为Hg
2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 3+ 2+ 2+ 2+ 2+
+ Zn 、5为Hg + Ni 、6为Hg + Cd 、7为Hg + Cr 、8为Hg + Cu 、9为Hg + Pb 、
2+ 2+ 2+ 2+ 2+ + 2+ 2+ 2+ +
10为Hg + Co 、11为Hg + Ca 、12为Hg + Na、13为Hg + Mg 、14为Hg + Ag、15
2+ 3+
为Hg + Fe 。

[0027] 实施例6

[0028] 核黄素的浓度为1.0 × 10-5 mol/L的水（1.0 × 10-3 mol/L HEPES，pH = 9.0）2+ 2+
溶液，Hg 浓度为核黄素浓度的0-10倍时，测定其荧光强度。随着Hg 的加入，探针分子在
2+ -5
548 nm处的荧光峰强度逐渐降低。当Hg 浓度在0 ~ 1.0 × 10 mol/L范围内，溶液的荧
2+ 2
光强度与Hg 浓度呈现良好的线性关系（R ＝ 0.9935），其线性回归方程为y ＝ -2.6901x ＋ 86.88；对空白样进行20次平行测定，按3σ/ K (σ 为空白标准偏差，K 为回归方程的-9 2+
斜率)，计算检出限为5.0 × 10 mol/L。表明，本发明的荧光试剂可以高灵敏检测Hg 。