一种快速检测环境中氟离子的方法

摘要

本发明公开了一种快速检测环境中氟离子的方法，属于分析化学技术领域。采用有机溶剂中将待检测样品与比色探针混合；测量350nm‑600nm紫外吸收光谱和400nm‑680nm荧光发射光谱；根据所测量的450nm处紫外吸收强度和555nm处荧光发射强度计算待测样品中所含的氟离子浓度。本发明的方法不仅能够高选择性的识别氟离子而且能够用裸眼观察的方式对氟离子进行定量和定性分析。本方法实现了快速对氟离子的有效响应，实现了对氟离子的实时检测。

权利要求

1.一种快速检测环境中氟离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)在二甲基亚砜中将待检测样品与比色探针混合；比色荧光探针结构为：所述待测样品为水、土壤、食品、牙膏或体液；

(b)测量350nm-600nm紫外吸收光谱和400nm-680nm荧光发射光谱；

(c)根据450nm紫外吸收强度和555nm荧光发射强度计算待测样品中所含的氟离子浓度。

2.根据权利要求1所述一种快速检测环境中氟离子的方法，其特征在于：实施所述方法过程中确定紫外吸收强度及荧光发射强度与氟离子浓度之间的对应关系。

3.根据权利要求2所述一种快速检测环境中氟离子的方法，其特征在于：所述对应关系是以标准曲线方式呈现。

4.一种根据颜色变化快速检测环境中氟离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)在二甲基亚砜中将待检测样品与比色荧光探针混合；比色荧光探针结构为：待测样品为水、土壤、食品、牙膏或体液；

(b)观察比色荧光探针和待测样品混合后的颜色；

(c)根据颜色深浅强度定性或定量待测样品中所含的氟离子浓度。

说明书

一种快速检测环境中氟离子的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种快速检测环境中氟离子的方法，尤其涉及噻唑类席夫碱作为氟离子比色荧光探针检测氟离子的方法，属于分析化学技术领域。

背景技术

[0002] 在环境和生物体内，阴离子是无处不在的，例如存在于环境中的空气、水以及土壤，存在于人体的器官、细胞，甚至是细胞液中，在环境和生态系统中扮演着极其重要的角色。而作为阴离子中半径最小的氟离子，是生物生命活动的必需元素，在牙齿保健和治疗骨质疏松症等方面有着重要作用。为了人体中能够含有足量的氟离子，人们将它作为一种重要的添加剂，常用于牙膏、药物和饮用水中。然而，过量的氟不仅对水生生物和植物有毒性作用，也会造成严重的人体健康问题。例如较高浓度的氟化钠(NaF)可以干扰正常的细胞代谢。急性摄入大剂量或长期摄入低剂量的氟，可以导致急性胃病和肾功能紊乱、牙齿和骨骼慢性中毒、结石病，严重的甚至可以导致死亡。目前，全世界仍然有许多人在引用含有高氟的水源，这对人类的健康产生了威胁。

[0003] 研究一种能够快速检测氟离子存在和含量的方法，不管在临床疾病的治疗、保护环境还是学术研究方面都有着极其重要的作用。目前检测氟离子的方法很多，例如毛细管电泳法、核磁共振法等，但不幸的是毛细管电泳法灵敏度低，氟离子选择性电极的重现性差，氟离子核磁共振的成本高，严重限制了其应用和发展。因此找到一种操作简单、成本低廉、高效快速的特异性氟离子检测分析方法仍是本领域的迫切需要。

发明内容

[0004] 为了克服上述缺陷，本发明提供了一种利用新颖的氟离子比色荧光探针来快速、特异性地检测氟离子的方法。由于比色荧光探针操作简单，成本低廉，甚至可以将分子识别信号转换成颜色的变化，不需要昂贵的仪器直接可以裸眼贯彻，因此，比色荧光探针与其他识别方法相比具有显著的优势。

[0005] 具体而言，本发明提供了一种利用氟离子比色荧光探针(噻唑类席夫碱化合物)来快速检测氟离子的方法。

[0006] 一种快速检测环境中氟离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0007] (a)在有机溶剂中将待检测样品与比色探针混合；比色荧光探针结构为：

[0008]

[0009] (b)测量350nm-600nm紫外吸收光谱和400nm-680nm荧光发射光谱；

[0010] (c)根据450nm紫外吸收强度和555nm荧光发射强度计算待测样品中所含的氟离子浓度。

[0011] 进一步地，在上述技术方案中，所述有机溶剂选自二甲基亚砜或其他可完全溶解样品和比色探针的溶剂。

[0012] 进一步地，在上述技术方案中，实施所述方法过程中确定紫外吸收强度及荧光发射强度与氟离子浓度之间的对应关系。

[0013] 进一步地，在上述技术方案中，所述对应关系是以标准曲线方式呈现。

[0014] 进一步地，在上述技术方案中，所述待测样品为水、土壤、食品、牙膏或体液。体液可以为血液。

[0015] 本发明原理为：检测方法中所采用的氟离子比色荧光探针可与氟离子进行相互作用，产生紫外吸收光谱和荧光发射光谱的变化(同时伴随着不同的颜色变化)，从而实现对氟离子的定量检测。

[0016] 本发明的方法中所采用的比色荧光探针和氟离子结合后能够产生颜色反应，并根据颜色的深浅可以定性或定量待测样品中氟离子的浓度。因此，本发明的方法，包括如下步骤：

[0017] (a)在有机溶剂中将待检测样品与比色荧光探针混合；比色荧光探针结构同上。

[0018] (b)观察比色荧光探针和待测样品混合后的颜色；

[0019] (c)根据颜色深浅强度定性或定量待测样品中所含的氟离子浓度。

[0020] 进一步地，在上述技术方案中，所述有机溶剂与待测样品与前述一致。

[0021] 本发明的检测方法中采用的氟离子比色荧光探针分别与其他阴离子进行作用均不能导致吸收光谱和发射光谱的明显改变，从而实现对氟离子的选择性识别，进而可任选地用于排除其他阴离子的存在对氟离子的定量测定的干扰。示例性的，本发明的方法中所采用的比色荧光探针对氯离子Cl-、溴离子Br-、碘离子I-、硫酸氢根离子HSO4-、硝酸根离子NO3-、磷酸二氢根离子H2PO4-和醋酸根离子AcO-均不能导致吸收光谱和发射光谱的明显变化。因此，本发明的方法具有很强的抗干扰能力。

[0022] 发明的有益效果

[0023] 本发明的检测方法中所采用的氟离子比色荧光探针分别与其他阴离子进行作用均不能导致紫外吸收光谱和荧光发射光谱的明显改变，从而实现对氟离子的选择性识别，进而可任选地用于排除其他阴离子的存在对氟离子的定量测定的干扰。

[0024] 本发明的检测方法中所采用的氟离子比色荧光探针的稳定性好，进而能够长期保存使用。

[0025] 本发明的方法可以在5秒内完成快速高选择性识别氟离子，氟离子比色荧光探针还能够用“裸眼”观察的方式进行定性和定量分析。

[0026] 本发明的检测氟离子的方法能够快速高选择性检测氟离子，操作简单，有利于商业化的推广应用。

附图说明

[0027] 图1为不同浓度F-(0-10μM)对探针(10μM)紫外吸收光谱的影响；

[0028] 图2为不同浓度F-(0-10μM)对探针(10μM)荧光发射光谱的影响；

[0029] 图3为不同分析物(20μM)对探针(10μM)紫外吸收光谱的影响；

[0030] 图4为不同分析物(20μM)对探针(10μM)荧光发射光谱的影响；

[0031] 图5为不同分析物(0μM)存在情况下对探针(10μM)紫外吸收光谱定量分析F-(10μM)的影响；

[0032] 图6为不同分析物(20μM)存在情况下对探针(10μM)紫外吸收光谱定量分析F-(10μM)的影响；

[0033] 图7为比色荧光探针分子对氟离子响应的裸眼检测结果。具体实施方式：

[0034] 下面将通过借助以下实施例来更详细地说明本发明。以下实施例仅是说明性的，应该明白，本发明并不受以下实施例的限制。

[0035] 实施例1

[0036] 比色探针的制备：

[0037]

[0038] 将185mg(1mmol)2-氨基-6-氯苯并噻唑、232mg(1.2-1.5mmol)4-(二乙氨基)水杨醛和3滴醋酸溶于50mL无水乙醇中，加热回流反应10个小时后，减压过滤得到粗产品，然后用无水乙醇进行重结晶，得到淡黄色纯净产物，收率91％。

[0039] 1HNMR(400MHz,CDCl3):12.64(s,1H),8.93(s,1H),7.79-7.75(m,2H),7.40-7.37(dd,J1＝8.4Hz,J2＝2Hz,1H),7.26-7.24(d,J＝8.4Hz,1H),6.33-6.19(dd,J1＝9.2Hz,J2＝2.4Hz,1H),6.184(s,1H),3.47-3.41(q,J＝7.2Hz,4H),1.26-1.22(t,J＝7.2Hz,6H)；13CNMR(101MHz,CDCl3):136.22,129.91,127.07,122.66,121.15,108.78,105.64,97.46,45.01,
12.73；ESI-MS计算值:359.9,实测值:359.9。

[0040] 实施例2

[0041] 测试方法：(a)不同浓度F-(0-10μM)对比色荧光探针(10μM)吸收光谱的影响；(b)-不同浓度F (0-10μM)对比色荧光探针(10μM)发射光谱的影响。上述测定是在二甲亚砜中进行的，且所有光谱测试都是在25℃下F-加入后立即测得的。结果参见图1和图2。

[0042] 从图1可以看出，伴随着比色荧光探针溶液中F-浓度的增加，吸收光谱445nm处峰值下降，而516nm产生新峰，强度增加，且在0-10μM F-浓度范围内和吸收值成良好的线性关系。从图2可以看出，伴随着比色荧光探针溶液中F-浓度的增加，发射光谱500nm处峰值下降，555nm处产生新峰，强度增加，且在0-10μM F-浓度范围内和发射值成良好的线性关系。因此，本发明的探针能较精确地确定待测血液样本或环境中氟离子的含量。

[0043] 实施例3

[0044] 不同分析物(20μM)对探针(10μM)紫外吸收光谱和荧光发射的影响。分析物包括：氟离子F-、氯离子Cl-、溴离子Br-、碘离子I-、硫酸氢根离子HSO4-、硝酸根离子NO3-、磷酸二氢根离子H2PO4-和醋酸根离子AcO-，他们的浓度为20μM。所有测试条件是在二甲亚砜中完成，且所有光谱都是在25℃下F-加入后立即测得的。移取100μL的探针储备液(1mM)放进10mL容量瓶中，吹干后，加入9mL二甲亚砜，再移取20μL上述分析物储备液(10mM)加入容量瓶中，然后用二甲亚砜定容至10mL。摇匀，立即测定。结果如图3和图4所示。

[0045] 从图3和图4可以看出，探针对氟离子具有很高的选择性，能够转移性地和氟离子进行反应。在二甲亚砜溶液内，与其他分析物相比，只有探针与氟离子反应后，吸收光谱和发射光谱有明显变化；而生物体内存在的其他常见阴离子与探针作用后吸收强度和发射强度均无明显变化。

[0046] 实施例4

[0047] 不同分析物(20μM)对探针(10μM)紫外吸收光谱和荧光发射光谱定量分析氟离子(10μM)的影响。分析物包括：氟离子F-、氯离子Cl-、溴离子Br-、碘离子I-、硫酸氢根离子- - - -HSO4 、硝酸根离子NO3 、磷酸二氢根离子H2PO4 和醋酸根离子AcO，他们的浓度为20μM。所有测试条件是在二甲亚砜中完成，且所有光谱都是在25℃下F-加入后立即测得的。移取10μL的探针储备液(1mM)放进10mL容量瓶中，吹干后，加入9mL二甲亚砜，再移取20μL上述分析物储备液(10mM)和F-加入容量瓶中，然后用二甲亚砜定容至10mL。摇匀，立即测定。结果如图5和图6所示。

[0048] 从图5和图6可以看出，生物体内存在的其他常见阴离子不会明显干扰探针对氟离子的定性与定量检测，并且，从图7可以看出，该探针能实现对氟离子的快速裸眼识别。