一种超灵敏检测镉离子荧光探针的制备及其应用

本发明属于荧光探针以及重金属检测，涉及一种超灵敏检测镉离子（cd2+）荧光探针的制备方法。

背景技术：

1、由于镉具有强的化学活动性、移动性和毒性不可逆性，被世界卫生组织列为重金属污染物之一。随着工业化的发展，在冶金、电镀、铅锌矿床的开采及陶瓷等行业产生的水体、土壤和农作物污染的环境问题引起了全球范围的关注。镉是人体非必须元素，一旦被人体吸收后，通过食物链在骨骼和肾脏中富集，最终引发各种疾病，危害人类健康。因此，急需快速、灵敏和选择性检测镉的检测技术，对于精准修复受污染的水体环境和降低重金属污染带来的一系列健康风险具有重要意义。

2、目前，传统检测重金属的方法有原子吸收光谱法（aas）、原子荧光光度法（afs）、电感耦合等离子体法（icp）、高效液相色谱法（hplc）、质谱法（ms）、电化学法、比色法等。虽然这些检测技术可以较为准确的进行定量分析，但是存在检测成本高，操作复杂、检测限高等各种因素使这些方法难以普及应用。荧光检测技术因其高选择性、高灵敏度、操作简便而显示出明显的优势。由于cd2+和zn2+具有相似的电子构型、配位数和化学性质导致很难区分。在此之前，已经有多种用于检测cd2+的荧光探针被报道，可是目前发展的荧光探针仍然存在制备成本高、检出限高和选择性差的问题。因此开发制备简单、检出限低和选择性良好的荧光探针意义重大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有识别cd2+的探针合成步骤繁琐、选择性低和响应时间较长及检出限高的问题，提供一种超灵敏检测cd2+荧光探针及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种超灵敏检测镉离子荧光探针，其结构式如下：

4、，

5、当r=-cho时，该荧光探针命名为hmh；

6、当r=-c=n-(ch2)oh时，该荧光探针命名为h3-mb。

7、上述两种荧光探针的制备方法如下：

8、1、荧光探针1（hmh）

9、制备反应式：

10、

11、制备方法：将2,6-二甲酰-4-甲基苯酚与水杨酰肼溶于乙醇中，加热回流，加热温度为60~100 ℃，反应6~24 h，用tcl板检测反应，待完全反应后，冷却至室温后，过滤沉淀。将收集的上清液通过旋转蒸发仪干燥得到粗产品，再用柱层析纯化，洗脱剂为pe：ea= 5：1~100：1，干燥可得到目标化合物hmh。

12、其中，2,6-二甲酰-4-甲基苯酚与水杨酰肼的摩尔比为1：1~1：3。

13、hmh的结构表征：1h nmr (400 mhz, dmso- d6) δ 12.35 (s, 1h), 11.95 (s,2h), 10.37 (s,1h), 8.68 (s, 1h), 7.88 (d, j= 7.8 hz, 1h), 7.70 (s, 1h), 7.59(s, 1h), 7.47 (t, j= 7.8 hz, 1h), 7.00 (d, j= 8.2 hz, 1h), 6.97 (d, j= 7.5 hz,1h), 2.32 (s, 3h)。13c nmr (101 mhz, dmso-d6) δ 190.37, 164.51, 158.83, 158.54,148.22, 136.77, 134.10, 130.49, 128.77, 128.52,122.93, 119.90, 119.09,117.28, 115.67, 19.69。esi-ms (m/z): calcd: 298.30. found: 299.1680 [m + h]+;321.1533 [m+na]+。

14、2、荧光探针2（h3-mb）

15、制备反应式：

16、

17、制备方法：将化合物hmh和6-氨基-1-己醇的混合物溶于乙醇中，加热回流，加热温度为60~100 ℃，反应6~24 h，用tcl板检测反应，待完全反应后，冷却至室温后，通过旋转蒸发得到粗产品，再用硅胶层析纯化，洗脱剂为dcm：meoh= 2:1~100：1，干燥得到目标化合物h3-mb。

18、其中，化合物hmh和6-氨基-1-己醇的摩尔比为1：1~1：5。

19、h3-mb的结构表征：1h nmr (400 mhz, dmso-d6) δ 11.98 (s, 1h), 8.65 (s,1h), 8.56 (s, 1h), 7.93 (d, j = 8.0 hz, 1h), 7.77 (d, j = 7.7 hz, 1h), 7.58(d, j = 17.6 hz, 1h), 7.23 (t, j = 7.4hz, 1h), 6.81 (d, j = 8.1 hz, 1h), 6.72(t, j = 7.5 hz, 1h), 4.38 (s, 1h), 3.65 – 3.59 (m, 2h), 3.38 (s, 2h), 2.19(s,3h), 1.47 – 1.40 (m, 4h), 1.35 – 1.30 (m, 4h).13c nmr (101 mhz, dmso- d6) δ170.23, 168.19, 159.96, 150.43, 142.89,136.04, 132.75, 131.21, 128.74,123.80, 122.78, 118.52, 116.41, 114.80, 63.99, 60.39, 32.21, 32.09, 28.88,24.97, 19.29. esi-ms (m/z): calcd: 397.48. found:398.1506 [m + h]+。

20、本发明的另一目的在于公开上述两种荧光探针在镉离子检测中的应用。所述的hmh为荧光开启型探针，h3-mb为荧光比率型探针。其中，hmh的检测限为2.78 ppb，响应时间为1 min。h3-mb的检测限为0.30 ppb，响应时间为30 s。所述的传感检测为荧光光谱检测、选择性检测、时间响应检测。h3-mb还可通过荧光光谱强度和位移的变化目视区分cd2+和zn2+。

21、本发明的有益效果如下：

22、1）本发明所述的探针合成简单，原料经济易得，后处理相对简单，其中探针hmh仅需要一步即可，探针h3-mb只需要两步就可以完成；

23、2）本发明制备的荧光探针均可以实现低浓度cd2+的检测，并且选择性良好，检测限低，响应时间快。hmh的检测限为2.78 ppb，响应时间为1 min。h3-mb的检测限为0.30 ppb，响应时间为30 s；

24、3）本发明制备的荧光探针h3-mb可通过荧光光谱的强度和位移来区分cd2+和zn2+，这是实现探针在检测cd2+和zn2+的过程中将两者区分的重要手段。

25、故而，本发明是一种简单、可实现快速、超灵敏和选择性的cd2+荧光探针，通过进一步功能化有望实现实际应用。