一种新型罗丹明B硫酰肼衍生物荧光探针的合成及对汞的检测应用

1引言

汞是一种具有很强生理毒性[1，2]的重金属元素， 它能够引起严重的环境污染和人类疾病， 在极低浓度下也会轻易穿透细胞膜被人体吸收， 进而引起中枢神经系统、肾脏以及内分泌系统的疾病[3，4]。由于汞具有持久性、易迁移性和高度的生物富集性， 其已成为目前全球最引人关注的环境污染物之一。然而， 汞及汞盐在工业生产中又被广泛地使用， 因此， 及时、灵敏、高选择性地检测Hg2+对环境保护及人类健康有重大意义。

常见的Hg2+检测方法有紫外分光光度法、高效液相色谱法、原子吸收发射光谱法[5]、冷原子荧光光谱法[6～8]、电化学方法[9]、电感耦合等离子体质谱法[10]、气相色谱法[11]及化学发光法[12]等， 这些方法各具优点， 但是也分别存在着灵敏度低， 重现性差， 以及仪器设备价格昂贵， 操作复杂等缺点。荧光光度法， 因具有灵敏度高、操作方便、成本低等优点而备受关注， 但高选择性的荧光探针试剂却较为罕见， 因此寻找灵敏度高、选择性好的探针试剂， 已成为发展荧光光度检测方法的关键。

罗丹明类染料具有消光系数高、荧光量子产率高、激发和发射波长较长等特点[13]， 在金属离子及生物活性物质的测定中得到广泛应用[14～19]。Zheng等根据Hg2+的亲硫性， 在探针的识别部分中引入硫原子[20]， 以提高Hg2+检测的选择性和灵敏度， 但其检测限达到0.02 mgL。Zhou等[21]在此探针中引入一个噻吩基团，进一步提高配合位点对Hg2+的亲和性， 但也存在着测定的线性范围不够宽等问题。在此基础上， 本研究将4氟苯甲醛与罗丹明B硫酰肼相结合， 制备一种性能更优异的荧光探针RBS（3′，6′bis（diethylamino）2（（4 fluorobenzylidene）amino）spiro[isoindoline1，9′xanthene]3thione）。此探针稳定较好、制备步骤简单， 所用试剂便宜。将此探针用于对Hg2+的测定， 具有很好的选择性、灵敏性、可逆性及较宽线性范围， 由此建立了测定Hg2+的新方法。本方法成功地用于土壤及河水中Hg2+测定。

2实验部分

2.1仪器与试剂

pHS3CT型酸度计（上海大中分析仪器厂）；Nicolet 380型傅立叶变换红外分光光度计（美国Thermo公司， KBr压片）；UV2450型紫外可见分光光度计， RF5301PC型荧光分光光度计（日本岛津公司）； Mercury Plus 400MHz型核磁共振波谱仪（美国瓦里安公司）；Vario EL Ⅲ型元素分析仪（德国Elementar公司）；Fb62熔点仪（上海梅特勒托利多仪器公司）；RE52A旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器）；DZF3型真空干燥箱（上海福玛实验设备有限公司）；CarlZeiss JENA阿贝折光仪。

罗丹明B（RB， Rhodamine B）， 劳森试剂（97%）， 4氟苯甲醛（98%）， 均购自上海晶纯实业有限公司；水合肼（85%， 国药集团化学试剂有限公司）；无水乙醇， 二氯甲烷， 石油醚， 甲醇， N，N二甲基甲酰胺（DMF， N，Ndimethyl formamide）， 甲苯（天津市凯通化学试剂有限公司）；硅胶（试剂级， 青岛市基亿达硅胶试剂厂）；水质汞标准样品（编号：GSBZ 5001690， 批号：202030， 泰安市环保局提供）；其它试剂均为分析纯；实验用水为二次重蒸水。

2.2探针RBS的合成与表征

2.4测定方法

于10 mL比色管中依次加入1 mL缓冲溶液， 5.00 mL 2.0×10_Symbolm@@_6 molL RBS溶液， 及不同浓度的Hg2+溶液， 用缓冲溶液定容， 摇匀， 放置25 min后测定。实验中， 激发和发射波长分别为569和 590 nm， 激发和发射狭缝宽度均为3 nm。3结果与讨论

3.1RBS合成路线的探讨

探针RBS的合成如图解1所示。通过酰肼合成、硫代反应、硫酰腙合成3步完成。在硫代反应步骤中， 劳森试剂受热发生解聚， 生成两分子硫代磷叶立德， 硫代磷叶立德中带负电荷的硫原子具有很强的亲核性， 与罗丹明B酰肼的羰基发生亲核加成生成一个磷内盐。这种磷内盐不稳定， 很快转变为氧磷硫杂环丁烷过渡态， 随后进一步分解生成罗丹明B硫酰肼。由于劳森试剂易加热解聚， 对空气和水不稳定， 因此反应中所用溶剂必须严格除水和保持N2氛围。硫酰腙合成步骤中， 因为对位氟基的引入增加了苯甲醛上羰基碳原子的正电性， 使其更易与RBSH发生加成消除反应。同时， 由于氟基的吸电子作用， 改变了探针RBS的电性分布， 有利于提高探针对Hg2+的选择性。探针具有较好稳定性， 固体密封存放于4 ℃冰箱中， 6个月内其荧光强度未发生变化， 探针储备液存放于4 ℃冰箱中3星期未见变化。

3.2激发和发射光谱

在pH 4.5的DMFH2O（1∶1， VV）溶剂体系中， RBS无色， 以569 nm波长光激发， 扫描发射光谱， 于590 nm处只显示微弱的荧光。向RBS溶液中加入Hg2+溶液后， 体系颜色由无色变为紫红色， 且在590 nm处荧光强度显著增大。结果表明， 无荧光的螺环式RBS在Hg2+作用下发生开环， 光诱导电子转移（PET）效应被禁阻， 从而产生较强荧光。

3.3pH的影响

荧光强度F随pH 值变化情况如图1所示。探针RBS在pH 3.5～8.0之间荧光很弱， 说明探针本身对pH不敏感。加入Hg2+后， 在pH 3.5～5.5范围内， 体系的荧光强度F最大， 且基本保持稳定， 当pH>5.5时， 随着pH值的增大， 体系的荧光强度F迅速减小， 这可能是由于Hg2+ 水解造成的。故实验选定pH 4.5的HAcNaAc（0.20 molL）缓冲溶液作为反应介质。