可视化检验射击残留物的荧光探针及其制备方法和用途

摘要

本发明属于法庭科学微量物证的化学分析领域，具体涉及一种可视化检验射击残留物的荧光探针及其制备方法和用途。该荧光探针的分子结构式如I或II所示，作为可视化检验射击残留物的用途。本发明所述的探针使用比色、比率法检测射击残留物，具有选择性好、灵敏度高、样品用量少以及可视化成像明显等优点，具有广泛的应用前景。

权利要求

1.荧光探针作为可视化检验射击残留物的用途，其特征在于，所述荧光探针的分子结构式如下所示：

。

2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述荧光探针具有多反应位点α-，β-，γ-，δ-，所述多反应位点如下所示：。

3.根据权利要求1所述的用途，其特征在于该荧光探针的最大发射峰在710nm处，与射击残留物作用后出现了一个新的很强荧光发射峰，荧光发射峰蓝移至511nm处。

4.一种荧光探针的检测试剂盒，其特征在于，该检测试剂盒含有权利要求1所述的可视化检验射击残留物的荧光探针，检测体系为PBS缓冲液，所述PBS缓冲液为10mmol/L，pH＝

7.4，90％DMSO，所述荧光探针溶液浓度为10μmol/L，室温下进行测试，荧光光谱检测的激发波长为485nm，狭缝宽度为5nm。

5.根据权利要求1所述用途，其特征在于，所述荧光探针的制备方法包括如下步骤：

3-甲酰基香豆素343和2-(3-氰基-4,5,5-三甲基呋喃-2-烯)丙二氰完全溶于无水乙醇中，在70～80℃下向溶液中加入1～2mg NaOH固体，室温搅拌，将所得固体过滤并用冷的乙醚洗涤，甲醇重结晶，得到深蓝色固体，即得。

6.根据权利要求5所述的用途，其特征在于，所述3-甲酰基香豆素343与2-(3-氰基-4,

5,5-三甲基呋喃-2-烯)丙二氰的摩尔比为1.2～1.5：1。

说明书

可视化检验射击残留物的荧光探针及其制备方法和用途

技术领域

[0001] 本发明属于法庭科学微量物证的化学分析领域，具体涉及一种可视化检验射击残留物的荧光探针及其制备方法和用途。

背景技术

[0002] 在全球范围内，涉枪案件数量呈递增的趋势，持续作案、流窜作案、长期危害、影响范围广是此类案件的特性，它给公民的生命财产安全和社会稳定和谐构成极大威胁。射击残留物(GSR)是指射击时击发药和发射药燃爆产生的烟灰，未然尽的火药颗粒，及枪油，金属微粒等，这些成分包含大量的无机离子，如铅离子、锑离子和硫离子等。它是涉枪案件中重要的物证之一，具有潜在性、普遍性以及难以破坏性等特点。所以，在涉枪案件中射击残留物很难被犯罪嫌疑人彻底清除，对于射击残留物的快速检验在涉枪案件的侦破过程中起着十分重要的作用。

[0003] 目前，检测射击残留物的方法有很多种，比如化学分析法，薄层色谱法，高效液相色谱法，气相色谱质谱联用法，红外光谱，中子活化分析法,原子吸收光谱法，电感耦合等离子体焰炬分析法，扫描电子显微镜/能谱分析法，电位溶出分析法，离子迁移谱法，拉曼光谱分析法等；在上述方法中有的需要利用大型分析仪器，复杂的前处理过程，较长的检测时间；有的选择性差，灵敏度低等，大大的限制了涉枪案件中快速识别射击残留物的发展。荧光探针法是一种在分子水平上，通过光学信号的改变，识别分子、离子的分析方法，具有较高地灵敏度和选择性、简便的操作以及快速地响应等优点，备受科学工作者们的关注。目前，还未见文献报道将荧光探针法用于检测射击残留物，具有巨大的应用前景。

发明内容

[0004] 本发明目的之一是提供一种灵敏度高、选择性好，抗干扰能力强，能够实现荧光法检测射击残留物的荧光探针，目的之二是提供一种合成简单、反应条件温和、成本较低、多反应位点(α-，β-，γ-，δ-)比色和比率荧光探针的制备方法。

[0005] 本发明解决问题采取的技术方案为，一种可视化检验射击残留物的荧光探针，其分子结构式如I或II：

[0006]

[0007] 所述荧光探针具有多反应位点(α-，β-，γ-，δ-)，如下式所示：

[0008]

[0009] 所述荧光探针作为可视化检验射击残留物的用途。

[0010] 一种荧光探针的检测试剂盒，含有所述的荧光探针，检测体系为PBS缓冲液 (10mmol/L，pH＝7.4，90％DMSO)，所述荧光探针溶液浓度为10μmol/L，室温下进行测试。荧光光谱检测的激发波长分别为451nm和485nm，狭缝宽度均为5 nm。

[0011] 可以识别射击残留物的新型荧光探针I的制备方法，包括如下步骤：

[0012] 7-(二乙基氨基)-3-甲酰基香豆素和2-(3-氰基-4,5,5-三甲基呋喃-2-烯)丙二氰完全溶于无水乙醇中，在70～80℃下向溶液中加入1～2mg NaOH固体，室温搅拌，将所得固体过滤并用冷的乙醚洗涤，甲醇重结晶，得到深蓝色固体，即得。

[0013] 可以识别射击残留物的新型荧光探针II的制备方法，包括如下步骤：

[0014] 3-甲酰基香豆素343和2-(3-氰基-4,5,5-三甲基呋喃-2-烯)丙二氰完全溶于无水乙醇中，在70～80℃下向溶液中加入1～2mg NaOH固体，室温搅拌，将所得固体过滤并用冷的乙醚洗涤，甲醇重结晶，得到深蓝色固体，即得。

[0015] 所述7-(二乙基氨基)-3-甲酰基香豆素或3-甲酰基香豆素343和2-(3-氰基 -4,5,5-三甲基呋喃-2-烯)丙二氰的摩尔比为1.2～1.5:1。

[0016] 合成路线如下：

[0017]

[0018] 本发明的荧光探针的作用机理如下：

[0019] 三硫化二锑是存在于底火中的击发药，对于硫离子的识别能够证明是否有射击残留物的存在。探针分子与射击残留物作用后，阻碍了分子内的电荷转移 (ICT)，产生明显的比率荧光信号，从而实现了识别射击残留物，探针分子的响应过程：

[0020]

[0021] 本发明的荧光探针具体特征如下：探针分子I/II的最大发射峰分别在678nm 和710nm处，与射击残留物作用后均出现了一个新的很强荧光发射峰，荧光发射峰分别蓝移至
500nm和511nm处。

[0022] 与现有技术相比，本发明具有如下技术效果。

[0023] 本发明所述的探针使用比色、比率法检测射击残留物，以香豆素衍生物为荧光团，以活化的共轭双键作为射击残留物的识别基团具有选择性好、灵敏度高、样品用量少以及可视化成像明显等优点。

[0024] 本发明所述的探针的制备方法，以7-(二乙基氨基)-3-甲酰基香豆素或3- 甲酰基香豆素343和2-(3-氰基-4,5,5-三甲基呋喃-2-烯)丙二氰分子为原料，合成路线简单，成本较低，对硫离子的选择性好、抗干扰能力强，具有较长的发射波长，该荧光探针在环境科学、公共安全等领域具有实际的应用价值。

附图说明

[0025] 图1为实施例2荧光探针I识别S2-选择性的紫外-可见谱图。

[0026] 图2为实施例2荧光探针II识别S2-选择性的紫外-可见谱图

[0027] 图3为实施例3荧光探针I识别S2-选择性的荧光谱图。

[0028] 图4为实施例3荧光探针II识别S2-选择性的荧光谱图。

[0029] 图5为实施例4荧光探针I/II识别S2-干扰性的比率荧光柱状图。

[0030] 图6为实施例5在不同pH条件下荧光探针I/II识别S2-的比率荧光强度。

[0031] 图7为实施例6荧光探针I/II识别S2-的响应时间曲线。

[0032] 图8为实施例7荧光探针可视化检测的比色卡。

[0033] 图9为实施例8探针比色检测射击残留物的成像图。

具体实施方式

[0034] 实施例1测定射击残留物的比率型荧光探针的合成及表征

[0035] 7-(二乙基氨基)-3-甲酰基香豆素(122mg，0.6mmol)和2-(3-氰基-4,5,5- 三甲基呋喃-2-烯)丙二氰(1g，0.4mmol)溶于无水乙醇(5.0mL)中。在80℃下向溶液中加入NaOH(1～2mg)，搅拌1小时。将所得固体过滤并用冷的乙醚洗涤。将残余物从甲醇中重结晶，得到所需产物，为深蓝色固体，即为本发明的荧光探针I，110.8mg(65％)。1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ7.94(s,1H, Ar-H),7.92(d,J＝15.4Hz,1H,-CHδ＝CH-),7.40(d,J＝9.6Hz,1H,Ar-H),7.38(d, J＝15.4Hz,1H,-CHδ＝CH-),6.70(dd,J＝2.6Hz,J＝9.6Hz,1H,Ar-H),6.51(d,J＝ 
2.6Hz,1H,Ar-H),3.51(q,J＝7.2Hz,4H,-CH2CH3),1.73(s,6H,-CH3),1.28(t, J＝7.2Hz,
6H,-CH2CH3),ppm.MS:[M+1]+＝427.28。

[0036] 3-甲酰基香豆素343(161mg，0.6mmol)和2-(3-氰基-4,5,5-三甲基呋喃-2- 烯)丙二氰(1g，0.4mmol)溶于无水乙醇(5.0mL)中。在80℃下向溶液中加入NaOH(1～2mg)，搅拌1小时。将所得固体过滤并用冷的乙醚洗涤。将残余物从甲醇中重结晶，得到所需产物，为深灰色固体，即为本发明的荧光探针II，122.4mg(68％)。1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ7.95(s,1H,Ar-H),7.92 (d,J＝15.6Hz,1H,-CHδ＝CH-),7.41(d,J＝9.4Hz,1H,Ar-H),7.38(d,J＝15.6Hz, 1H,-CHδ＝CH-),6.72(dd,J＝2.8Hz,J＝9.4Hz,1H,Ar-H),6.51(d,J＝2.8Hz,1H, Ar-H),3.54(m,4H,-CH2-),2.89(t,J＝6.4Hz,4H,-CH2-),2.77(t,J＝6.4Hz,4H, -CH2-),
1.73(s,6H,-CH3)ppm.MS:[M+1]+＝451.17。

[0037] 实施例2荧光探针识别S2-选择性的紫外-可见谱图。

[0038] 将荧光探针I和II溶于PBS缓冲液(10mmol/L，pH＝7.4，90％DMSO)中配制成10μmol/L的溶液，荧光探针I在596nm出现一个强的吸收峰；荧光探针 II在611nm处出现一个强的吸收峰，比荧光探针I红移了15nm。向溶液中加入 50mol/L的S2-、类似分析物和底火离子后(类似分析物包括：F-，Cl-，Br-，I-， SCN-，CH3COO-；底火离子成分包括：N3-，Pb2+，ClO3-，K+，Ti3+，NO3-，Ba2+)，只有加入S2-后，荧光探针I在596nm附近处的吸收峰消失，在342nm和398nm 附近处的出现两个强的吸收峰；荧光探针II在611nm附近处的吸收峰消失，在 445nm附近处的出现一个强的吸收峰；并且，溶液的颜色均由深蓝色变为黄色。然而，加入其他类似分析物和底火离子成分后紫外-可见吸收光谱谱图和溶液颜色均无明显差异，如图1和图2所示。说明该荧光探I和II对于硫离子具有非常好的选择性，能够可视化检测硫离子，且荧光探针II的选择性更优。

[0039] 实施例3荧光探针识别S2-选择性的荧光谱图。

[0040] 将荧光探针I/II溶于PBS缓冲液(10mmol/L，pH＝7.4，90％DMSO)中配制成10μmol/L的溶液，荧光探针I在678nm处出现一个强的发射峰；荧光探针II在710nm处出现一个强的2-
发射峰，比荧光探针I红移了32nm。向溶液中加入50μmol/L的S 、类似分析物和底火离子后(类似分析物包括：F-，Cl-，Br-， I-，SCN-，CH3COO-；底火离子成分包括：N3-，Pb2+，ClO3-，K+，Ti3+，NO3-， Ba2+)，只有加入S2-后，荧光探针I在678nm处的发射峰消失；在500nm处出现一个新的发射峰；荧光探针II在710nm处的发射峰消失，在511nm处出现一个新的发射峰；另外，利用365nm紫外灯照射下观察可知，荧光颜色均由红色变为浅蓝色。加入其他类似分析物和底火离子成分后荧光光谱和溶液颜色均无明显差异，结果如图3和图4所示。

[0041] 实施例4荧光探针识别S2-干扰性的比率荧光柱状图。

[0042] 将50μmol/L的其他分析物与50μmol/L S2-分别混合在一起，制作成待测样品，利用荧光探针I和II(10μmol/L)分别对待测样品中的S2-的进行检测。待测样品荧光强度的比率值(Ratio：I500/I678和I511/I710)均产生了明显的变化(如柱状图5所示，1为荧光探针I/II，2为I/II+S2-，3为I/II+S2-+F-，4为I/II+S2-+Cl-， 5为I/II+S2-+Br-，6为I/II+S2-+I-，7为I/II+S2-+SCN-，8为I/II+S2-+CH3COO-， 9为I/II+S2-+N3-，10为I/II+S2-+Pb2+，11为I/II+S2-+ClO3-，12为I/II+S2-+K+， 13为I/II+S2-+Ti3+，14为I/II+S2-+NO3-，15为I/II+S2-+Ba2+)，这表明荧光探针I和II能够专一识别S2-不受其他分析物的干扰，且荧光探针II的抗干扰能力更强。

[0043] 实施例5在不同pH条件下荧光探针识别S2-的荧光强度。

[0044] 将荧光探针I和II溶于缓冲液(10mmol/L，pH＝2～10，90％DMSO)中配制成 10μmol/L的溶液将探针，分别加入50μmol/L S2-测试在不同pH值条件下的比率荧光强度。如图6所示，荧光探针I和II能够在很宽的pH范围(6.0-9.0)内识别S2-，本发明考虑到S2-溶液容易- 2-发生水解，生成弱亲和性的HS，在弱碱性条件下能够抑制S 水解，保持了原有的亲和能力，因此本发明选择为PBS缓冲溶液(10mmol/L，pH＝7.4，90％DMSO)作为测试溶液。

[0045] 实施例6荧光探针识别S2-的响应时间曲线。

[0046] 在50μmol/L的S2-存在下，荧光探针I和II(10μmol/L)仅仅不到1分钟就能够与S2-2-
完全反应，随着时间的推移荧光强度不再发生变化，并且荧光探针 II识别S 的响应速度要优越于荧光探针I，响应时间更短，优于荧光探针I。如图7所示。本发明的荧光探针与S2-的作用是十分快速的，可以用于射击残留物的快速识别。

[0047] 实施例7荧光探针可视化检测的比色卡。

[0048] 在样品瓶中分别加入1mL荧光探针I或II(10μmol/L)的PBS缓冲溶液(10 mmol/L，pH＝7.4，90％DMSO)作为待测溶液，分别加入不同浓度的S2-(0，2 μmol/L，4μmol/L，6μmol/L，8μmol/L，10μmol/L)，5分钟后观察溶液颜色变化(如图8所示，深蓝色逐渐变为黄色)，以此作为可视化检验的标准比色样品用于检测射击残留物。

[0049] 实施例8荧光探针比色检测射击残留物的成像图。

[0050] 用湿润的棉签擦拭射击者手面虎口处提取射击残留物，然后将含有射击残留物的棉签作为检材，放入荧光探针I或II(10μmol/L)溶液中，进行比色分析。 30分钟后观察溶液颜色，与标准比色样品进行比较，成功检出开枪后手面虎口处含有射击残留物，如图9所示。因此，本发明的荧光探针可应用于实际的涉枪案件中快速、准确和高效的可视化识别射击残留物。

[0051] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。