一种基于噻吩酰肼结构的探针及其制备方法和在检测汞离子中的应用

1.本发明属于环境重金属离子检测分析领域，具体的涉及通过一种新型的基于噻吩酰肼结构的荧光分子探针ds-l，探针ds-l的吸收波长在305nm，可以在较宽的ph范围内采用高效液相色谱和紫外可见光谱两种方式分别检测样品中的汞离子。


背景技术：

2.汞离子作为一种最常见和毒性最强的重金属离子之一，对自然环境和人体健康构成了不容小觑的威胁。即使是较低浓度的汞依然具有极强的毒性，可引起头晕、恶心和呕吐等，甚至可导致室颤，对人体和其他生物造成不可逆的伤害。汞的形态主要包括无机汞和有机汞，无机汞(hg0和hg
2+
)通常是通过工业过程产生的，如生产黄金和生产电池，而无机汞很容易被环境中的细菌转化为毒性更大的有机汞。汞可以通过食物链在生物体中积累，然后被人体吸收，很容易穿透细胞膜，穿过血脑屏障。由于汞具有较强的脂溶性，可在脑组织中积聚，造成严重的脑损伤。目前环境中汞离子的检测方法主要包括原子吸收光谱法、荧光光谱法和冷蒸汽原子荧光光谱法等，这些方法皆具有良好的准确性和灵敏度，但也存在一定的局限性，如检测成本高、样品前处理繁琐、对检测人员的专业性要求高等。
3.反应型探针不仅对hg
2+
具有较高的选择性和较好的抗干扰能力，而且还能实现hg
2+
的高灵敏性和高选择性分析。反应型探针可以与汞离子特异性结合，发生不可逆的化学反应，形成新的产物，该产物结构稳定，在液相色谱检测中能够与探针明显区分，因此可通过检测新产物进而对汞离子进行液相间接检测。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于噻吩酰肼结构的探针ds-1，该探针作为反应型探针可以在较宽的ph范围内采用高效液相色谱和紫外可见光谱两种方式分别检测样品中的汞离子。
5.本发明采用的技术方案是：一种基于噻吩酰肼结构的探针，具有如(ⅰ)所示的结构通式：
[0006][0007]
一种基于噻吩酰肼结构的探针的制备方法，包括如下步骤：称取2-噻吩甲酰肼，溶解于n,n-2-甲基酰胺中，磁力搅拌下加入4-n,n-二甲基苯基异硫氰酸酯，混合后于50℃下加热回流1h，冷却至室温，二氯甲烷萃取，干燥，抽滤；所得粗产物经二氯甲烷和甲醇进行硅
胶柱层析分离，得基于噻吩酰肼结构的探针。
[0008]
优选的，按体积比，二氯甲烷:甲醇＝20:1。
[0009]
本发明提供的基于噻吩酰肼结构的探针作为反应型探针在检测汞离子中的应用。
[0010]
优选的，方法如下：将含有汞离子的水溶液，加入到基于噻吩酰肼结构的探针待测液中，混合均匀，于紫外可见分光光度计下，测量吸光度。
[0011]
更优选的，于紫外可见分光光度计下，检测波长设置为305nm。
[0012]
优选的，方法如下：将含有汞离子的水溶液，加入到基于噻吩酰肼结构的探针待测液中，混合均匀，于高效液相色谱仪下进行检测。
[0013]
更优选的，于高效液相色谱仪下进行检测，流动相a为纯水，流动相b为乙腈，按体积比，a:b＝30:70；洗脱程序设置为：0-5.5min，70％b，流速设为1.0ml
·
min-1
，进样量设为20μl。
[0014]
优选的，所述基于噻吩酰肼结构的探针待测液的制备方法包括如下步骤：于基于噻吩酰肼结构的探针的二氯甲烷溶液中，加入乙腈/水-tris-hcl缓冲溶液，用氢氧化钠的稀溶液调节ph至7.2，混合均匀，制得浓度为2
×
10-5
mol/l的测试液。
[0015]
更优选的，按体积比，乙腈:水＝3:7。
[0016]
本发明的有益效果是：
[0017]
本发明中涉及的基于噻吩酰肼结构的探针ds-1，既能对样品进行现场的快速检测，可以有效规避样品储存和运输过程中其他因素的干扰，也可将样品带回实验室采用高效液相色谱法进行进一步的检测分析。将紫外-可见分光光度法检测与高效液相色谱法检测相结合，从而具备了更优的检测手段。本发明中涉及的基于噻吩酰肼结构的探针ds-1，作为反应型探针与汞离子反应所形成的氨基硫脲结构会发生较明显的波长变化，有利于更好的将探针与产物进行分离，从而实现对汞离子的检测。
附图说明
[0018]
图1是实施例1制备的探针ds-1在乙腈/水-tris-hcl＝3:7(ph＝7.2)体系下，对10倍当量阳离子的吸收光谱。
[0019]
图2是实施例1制备的探针ds-1在乙腈/水-tris-hcl＝3:7(ph＝7.2)体系下，探针ds-1(20μm)对不同浓度的hg
2+
的紫外可见光光谱变化；
[0020]
其中，a:实施例1制备的探针ds-1对不同浓度的hg
2+
的光谱变化；b：实施例1制备的探针对不同浓度的汞离子的吸收强度。
[0021]
图3是实施例1制备的探针ds-1与汞离子反应后的高效液相色谱图；
[0022]
其中，a:探针ds-l的液相色谱图；b：加入40μm的hg
2+
水溶液的液相色谱图；c：加入80μm的hg
2+
水溶液的液相色谱图。
具体实施方式
[0023]
实施例1一种基于噻吩酰肼结构的探针ds-1
[0024]
制备方法如下：
[0025][0026]
称取1mol 2-噻吩甲酰肼，溶解于250ml n,n-2-甲基酰胺中，磁力搅拌下加入1mol
[0027]
4-n,n-二甲基苯基异硫氰酸酯，混合后于50℃下加热回流1h，冷却至室温，二氯甲烷水洗萃取，无水硫酸镁干燥，抽滤。所得粗产物经二氯甲烷和甲醇(20:1，v:v)进行硅胶柱层析分离，得到白色粉末，为基于噻吩酰肼结构的探针，标记为探针ds-1。
[0028]
δh(500mhz,dmso-d6):7.00(t,1h,j＝7.4hz,h-ar),7.24(dd,1h,j4.9,3.8hz,h-ar),
[0029]
7.35(t,2h,j＝8.4hz,h-ar),7.59(d,2h,j 7.8hz,h-ar),7.63(dd,1h,j 3.7,1.1hz,h-ar),
[0030]
7.83(dd,1h,j 5.0,1.1hz,h-ar),7.93(s,1-h,nh)；3.44(s，6h，ch3),δc(125mhz,dmso-d6):117.0,121.9,124.9,128.2,128.5,129.0,129.8,138.5,154.1,159.3；29.3hr-[0031]
mass(esi)calcd for c
14h17
n4os2[m
+
h]
+
321.0844,found 321.0835.
[0032]
实施例2基于噻吩酰肼结构的探针ds-1采用紫外可见分光光度计检测样品中的汞离子(一)基于噻吩酰肼结构的探针ds-1对汞离子的定性检测
[0033]
1、配置基于噻吩酰肼结构的探针ds-1储备液：于探针ds-l中，加入二氯甲烷，混合均匀，得浓度为2
×
10-3
mol/l的基于噻吩酰肼结构的探针ds-1储备液。
[0034]
2、配制基于噻吩酰肼结构的探针ds-1的待测液：于1ml浓度为2
×
10-3
mol/l的探针ds-l储备液中，加入100ml乙腈/水-tris-hcl缓冲溶液(按体积比，乙腈：水-tris-hcl缓冲溶液＝3:7)，用浓度为0.1mol/l的氢氧化钠水溶液调节ph至7.2，混合均匀，得浓度为2
×
10-5
mol/l，ph＝7.2的基于噻吩酰肼结构的探针ds-1的待测液。
[0035]
3、测定：于3ml步骤2获得的基于噻吩酰肼结构的探针ds-1的待测液中，分别加入15μl浓度为2
×
10-2
mol/l的na
+
、k
+
、al
3+
、ca
2+
、cr
3+
、fe
2+
、fe
3+
、mg
2+
、mn
2+
、zn
2+
、cu
2+
、hg
2+
金属离子水溶液，分别进行紫外可见光光谱检测，检测波长设置为305nm，结果如图1。
[0036]
如图1所示，发现含有na
+
、k
+
、al
3+
、ca
2+
、cr
3+
、fe
2+
、fe
3+
、mg
2+
、mn
2+
、zn
2+
、cu
2+
的探针溶液的吸收光谱没有明显变化，在330nm波长处的吸收强度较弱，当探针ds-l溶液加入10倍当量的hg
2+
时，探针ds-l在330nm处出现吸收峰，这表明探针ds-l对hg
2+
有响应。
[0037]
(二)基于噻吩酰肼结构的探针ds-1对汞离子的定量检测
[0038]
1、配置基于噻吩酰肼结构的探针ds-1储备液：于探针ds-l中，加入二氯甲烷，混合均匀，得浓度为2
×
10-3
mol/l的基于噻吩酰肼结构的探针ds-1储备液。
[0039]
2、配制基于噻吩酰肼结构的探针ds-1的待测液：于1ml浓度为2
×
10-3
mol/l的探针ds-l储备液中，加入100ml乙腈/水-tris-hcl缓冲溶液(按体积比，乙腈：水-tris-hcl缓冲溶液＝3:7)，用浓度为0.1mol/l的氢氧化钠水溶液调节ph至7.2，混合均匀，得浓度为2
×
10-5
mol/l，ph＝7.2的基于噻吩酰肼结构的探针ds-1的待测液。
[0040]
3、紫外可见光谱的测定：取3ml步骤2获得的噻吩酰肼结构的探针ds-1的待测液，分别加入30μl浓度分别为5μm、10μm、15μm、20μm、40μm、60μm、80μm、100μm、120μm的汞离子水溶液，在检测波长为305nm下进行紫外可见光检测，分别测量基于噻吩酰肼结构的探针ds-1
最大吸收峰处的吸光度，并绘制以汞离子浓度为横坐标，噻吩酰肼结构的探针ds-1最大吸收峰处吸光度为纵坐标的标准曲线。结果如图2。
[0041]
如图2所示，随着hg
2+
浓度的不断增加，探针ds-l溶液在330nm处的吸收强度不断增强。当hg
2+
浓度从20μm升高到80μm时，探针ds-l的吸收强度增加迅速，吸收强度呈现s型的增强模式，且其对于实际样品的吸收强度随hg
2+
浓度增加趋于稳定(紫外光谱相关系数r2＝0.998)。可根据图2通过标准曲线计算实际待测溶液中汞离子的浓度。
[0042]
实施例3基于噻吩酰肼结构的探针ds-1采用高效液相色谱法检测样品中的汞离子
[0043]
方法如下：
[0044]
1、配置基于噻吩酰肼结构的探针ds-1储备液：于探针ds-l中，加入二氯甲烷，混合均匀，得浓度为2
×
10-3
mol/l的基于噻吩酰肼结构的探针ds-1储备液。
[0045]
2、配制基于噻吩酰肼结构的探针ds-1的待测液：于1ml浓度为2
×
10-3
mol/l的探针ds-l储备液中，加入100ml乙腈/水-tris-hcl缓冲溶液(按体积比，乙腈：水-tris-hcl缓冲溶液＝3:7)，用浓度为0.1mol/l的氢氧化钠水溶液调节ph至7.2，混合均匀，得浓度为2
×
10-5
mol/l，ph＝7.2的基于噻吩酰肼结构的探针ds-1的待测液。
[0046]
3、测定：于3ml步骤2获得的基于噻吩酰肼结构的探针ds-1的待测液中，加入1ml浓度为2
×
10-3
mol/l的汞离子水溶液。对探针ds-l的溶液进行高效液相色谱分析检测。采用c18色谱柱(sb-c18)、agilent1260高效液相色谱仪进行分析。流动相a为纯水，流动相b为乙腈，a:b＝30:70。洗脱程序设置为：0-5.5min，30％a，70％b，流速设为1.0ml
·
min-1
，进样量设为20μl，lc的柱温箱设为25℃。将待测样品注入hplc。在分析测试之前，色谱柱必须用流动相预平衡30min。结果如图3所示。
[0047]
图3中a为探针ds-l的液相色谱图；图3中b为加入40μm的hg
2+
水溶液的液相色谱图；图3中c为加入80μm的hg
2+
水溶液的液相色谱图。图3中b和图3中a相比，在4.2min处出现了一个新的峰(即产物峰，该峰的质谱数据证明产物的生成)，随着加入hg
2+
的量逐渐增大，如图3中c所示，产物峰的电信号强度也越来越强，原料峰的电信号强度越来越弱，这表明探针ds-l可与汞离子发生有效的反应，可用于分析样品中的汞离子。(a为空白探针ds-l水溶液；b为加入40μm的hg
2+
水溶液；c为加入80μm的hg
2+
水溶液)
[0048]
4、标定：利用高效液相色谱，于步骤2获得的噻吩酰肼结构的探针ds-1的待测液中，对已知浓度的汞离子进行浓度标定，并测定其测量误差，结果如表1。
[0049]
表1
[0050][0051]
由表1可见，在汞离子浓度的较大时，其相对误差均控制在5％以内，证明了探针ds-l对于hg
2+
色谱检测的有效性。

技术特征：
1.一种基于噻吩酰肼结构的探针，其特征在于，所述基于噻吩酰肼结构的探针，具有如(ⅰ)所示的结构通式：2.一种基于噻吩酰肼结构的探针的制备方法，其特征在于，制备方法包括如下步骤：称取2-噻吩甲酰肼，溶解于n,n-2-甲基酰胺中，磁力搅拌下加入4-n,n-二甲基苯基异硫氰酸酯，混合后于50℃下加热回流1h，冷却至室温，二氯甲烷萃取，干燥，抽滤；所得粗产物经二氯甲烷和甲醇进行硅胶柱层析分离，得基于噻吩酰肼结构的探针。3.根据权利要求1所述的一种基于噻吩酰肼结构的探针的制备方法，其特征在于，按体积比，二氯甲烷:甲醇＝20:1。4.权利要求1所述的基于噻吩酰肼结构的探针作为反应型探针在检测汞离子中的应用。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，方法如下：将含有汞离子的水溶液，加入到基于噻吩酰肼结构的探针待测液中，混合均匀，于紫外可见分光光度计下，测量吸光度。6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，于紫外可见分光光度计下，检测波长设置为305nm。7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，方法如下：将含有汞离子的水溶液，加入到基于噻吩酰肼结构的探针待测液中，混合均匀，于高效液相色谱仪下进行检测。8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，于高效液相色谱仪下进行检测，流动相a为纯水，流动相b为乙腈，按体积比，a:b＝30:70；洗脱程序设置为：0-5.5min，70％b，流速设为1.0ml
·
min-1
，进样量设为20μl。9.根据权利要求5、6、7或8所述的应用，其特征在于，所述基于噻吩酰肼结构的探针待测液的制备方法包括如下步骤：于基于噻吩酰肼结构的探针的二氯甲烷溶液中，加入乙腈/水-tris-hcl缓冲溶液，用氢氧化钠的稀溶液调节ph至7.2，混合均匀，制得浓度为2
×
10-5
mol/l的测试液。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，按体积比，乙腈:水＝3:7。

技术总结
本发明公开一种基于噻吩酰肼结构的探针及其制备方法和在检测汞离子中的应用。所述基于噻吩酰肼结构的探针，具有如(Ⅰ)所示的结构通式。本发明中涉及的基于噻吩酰肼结构的探针Ds-1，作为反应型探针与汞离子反应所形成的氨基硫脲结构会发生较明显的波长变化，有利于更好的将探针与产物进行分离，从而实现对汞离子的检测。的检测。的检测。


技术研发人员：刘艺璇 于海波 吕宝阔 季楠 刘晓苡 王曼 肖彦楠
受保护的技术使用者：辽宁大学
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/10/15