基于水楊醛席夫堿結(jié)構(gòu)的鋅離子選擇性熒光探針

李媛媛，侯不唯，李 愷

(1.河南工業(yè)大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001; 2.鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院,河南 鄭州 450001; 3.鄭州外國語學(xué)校AP中美班,河南 鄭州 450001; 4.鄭州大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

基于水楊醛席夫堿結(jié)構(gòu)的鋅離子選擇性熒光探針

李媛媛，侯不唯3，李 愷4

(1.河南工業(yè)大學(xué) 化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001; 2.鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院,河南 鄭州 450001; 3.鄭州外國語學(xué)校AP中美班,河南 鄭州 450001; 4.鄭州大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

設(shè)計并合成了一種新型鋅離子熒光探針——4-N,N-二乙胺基水楊醛-2-吡啶肼席夫堿(1). 在pH為7.0的50%水/乙醇(體積比)體系中，1對鋅離子表現(xiàn)出顯著的熒光增強響應(yīng). 提高體系中的乙醇含量有利于獲得更高的熒光放大倍數(shù)，在純乙醇中，1對鋅離子的熒光增強可達100倍. 1對鋅離子的熒光檢測表現(xiàn)出良好的選擇性，尤其可以區(qū)分鋅離子的常見干擾離子鎘離子. 其線性范圍為0.1～1.0 μmol/L，檢測限達到35 nmol/L. 同時，1被成功用于實際水樣中鋅離子的定量檢測.

鋅離子；熒光增強；探針；席夫堿

鋅離子是生命體所需的重要微量元素，其在人體內(nèi)的含量僅次于鐵，在血液中的最高濃度可達10 μmol/L[1]. 鋅離子在多種生命過程中扮演著重要角色，對包括神經(jīng)傳導(dǎo)、基因表達、酶活性、細胞代謝以及DNA和RNA的合成等許多生命活動有著重要的影響[2-3]. 鋅也被人類廣泛使用在各類工業(yè)生產(chǎn)中，如合金制造、機械加工、電鍍防腐、電池電極等. 然而，隨著工業(yè)生產(chǎn)的進行，大量的鋅以陽離子的形式進入環(huán)境，成為一種常見的環(huán)境污染物. 人體過多攝入鋅元素，會導(dǎo)致一系列的不良反應(yīng)與疾病[4]. 因此，對鋅離子的高效、快速、選擇性檢測顯示出了重要的意義[5].

目前，常見的鋅離子檢測方法包括原子吸收/發(fā)射光譜法、色譜法、比色法、熒光法等[6-8]. 其中熒光法由于其高選擇性、低檢測限、簡便快捷、可原位分析等突出優(yōu)點得到了越來越廣泛的應(yīng)用[9-15]. 在鋅離子熒光探針的開發(fā)和應(yīng)用中，由于鋅離子和鎘離子具有高度相似的電子層結(jié)構(gòu)和絡(luò)合性能，使得其檢測常常會受到鎘離子的干擾，選擇性不佳[16-21]. 本研究設(shè)計合成了4-N,N-二乙胺基水楊醛-2-吡啶肼席夫堿(1)作為鋅離子選擇性熒光探針，其通過與鋅形成2∶1絡(luò)合物，表現(xiàn)出藍綠色熒光. 最重要的是，其對鋅離子具有良好的選擇性，可以有效的將鋅離子從其他金屬離子(尤其是鎘離子)中區(qū)分出來. 在pH為7.0的50%水/乙醇(體積比)體系中，探針對鋅離子表現(xiàn)出超過10倍的熒光增強響應(yīng)，發(fā)射波長474 nm. 在純乙醇中，探針對鋅離子的熒光增強倍數(shù)可高達100倍以上.

1 實驗部分

1.1 試劑

本實驗中所采用的試劑均為市售分析純試劑，所采用的水為二次蒸餾去離子水. 4-N, N-二乙胺基水楊醛和2-肼基吡啶購買于安耐吉化學(xué)試劑有限公司. 實驗中所采用的金屬離子為該金屬的可溶性硝酸鹽或高氯酸鹽. 其他藥品和所用有機溶劑都購買于國藥集團北京化學(xué)試劑有限公司.

1.2 儀器

熒光光譜：采用JASCO FP-8300熒光光譜儀測得;紫外光譜：采用JASCO V-750紫外可見光譜儀測得;pH：采用METTLERTOLEDO-FE20/EL20型pH計測得;核磁共振譜：采用Bruker-DPX-400型核磁共振儀測得，磁場強度400 MHz;質(zhì)譜：采用Agilent 6420型液相色譜/質(zhì)譜儀測得.

1.3 合成與表征

4-N,N-二乙胺基水楊醛-2-吡啶肼席夫堿(1)的合成路線如圖1所示：將193 mg(1 mmol)4-N, N-二乙胺基水楊醛和109 mg(1 mmol)2-肼基吡啶分別溶于10 mL無水乙醇后，加入50 mL圓底燒瓶中. 體系在室溫下攪拌2 h，過濾所得沉淀，用30 mL無水乙醇洗三次，在紅外燈下烘干，即可獲得目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率為77%. 核磁：1H NMR (DMSO-d6)δ：1.06 (t，6H)，3.31 (m，4H)，6.09 (d，1H)，6.21 (d，1H)，6.67 (m，1H)，6.81 (m，1H)，7.14 (m，1H)，7.58 (m，1H)，8.07 (m，2H)，10.52 (s，1H)，10.67(s，1H).13C NMR (DMSO-d6)δ：13.07，44.29，98.19，104.19，105.99，108.27，114.81，130.01，138.44，142.68，148.51，149.61，156.94，158.70. 質(zhì)譜:m/z285.3 ([M + H]+)，計算值 285.2([M + H]+).

4-N,N-二乙胺基苯甲醛-2-吡啶肼席夫堿(2)的合成：將177 mg(1 mmol)N,N-二乙基-4-氨基苯甲醛和109 mg(1 mmol)2-肼基吡啶分別溶于10 mL無水乙醇后，加入50 mL圓底燒瓶中. 體系在室溫下攪拌2 h，過濾所得沉淀，用30 mL無水乙醇洗三次，在紅外燈下烘干，即可獲得目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率為83%. 核磁：1H NMR (DMSO-d6)δ：1.09 (t，6H)，3.35 (m，4H)，6.67 (s，3H)，7.16 (s，1H)，7.44 (d，3H)，7.90 (s，1H)，8.06 (s，1H)，10.50 (s，1H).13C NMR (DMSO-d6)δ：12.91，44.16，106.40，111.69，114.47，122.59，127.97，138.13，140.55，148.16，148.24，157.89. 質(zhì)譜:m/z269.2 ([M + H]+)，計算值 269.2([M + H]+).

4-N,N-二乙胺基水楊醛苯肼席夫堿(3)的合成：將193 mg(1 mmol)4-N, N-二乙胺基水楊醛和108 mg(1 mmol)苯肼分別溶于10 mL無水乙醇后，加入50 mL圓底燒瓶中. 體系在室溫下攪拌2 h，過濾所得沉淀，用30 mL無水乙醇洗三次，在紅外燈下烘干，即可獲得目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率為85%. 核磁：1H NMR (DMSO-d6)δ：1.09 (t，6H)，3.31 (m，4H)，6.14 (m，2H)，6.73 (t，1H)，6.90 (d，2H)，7.23 (m，3H)，8.01 (s，1H)，10.02 (s，1H)，10.85 (s，1H).13C NMR (DMSO-d6)δ：13.01，44.22，98.17，104.05，108.31，111.76，118.72，129.71，130.21，141.34，145.61，149.23,158.44. 質(zhì)譜:m/z283.2 ([M + H]+)，計算值 283.2 ([M + H]+).

1.4 測試方法

本實驗中所有的紫外光譜和熒光光譜均在具有一定pH的10 mmol/L Tris-HCl與有機溶劑緩沖體系中測量得到，測試溫度為25 ℃. 測試前，先配置好所需比例和pH的Tris-HCl/有機溶劑緩沖體系，并將1用DMSO逐級稀釋配置成1.00×10-3mol/L儲備液，將金屬硝酸鹽或高氯酸鹽用去離子水逐級稀釋配置成1.00×10-2mol/L儲備液備用. 測試時，將0.030 mL的1.00×10-3mol/L的1儲備液稀釋于配置好的3.00 mL的Tris-HCl/有機溶劑緩沖體系中，混勻并靜置1 min后進行測試. 金屬離子根據(jù)需要的添加量加入體系中，混勻并靜置1 min后進行測試.

2 結(jié)果與討論

2.1 探針1與鋅離子的結(jié)合及其光譜變化

首先，我們采用了紫外滴定和熒光滴定的方法，研究了1與鋅離子的絡(luò)合情況. 如圖2A所示，在pH為7.0的50%水/乙醇(體積比)體系中，隨著鋅離子濃度的逐漸增加，10 μmol/L探針1的紫外吸收光譜表現(xiàn)出非常規(guī)則的比率變化：在364 nm的吸收峰逐漸降低，在402 nm的吸收峰相應(yīng)升高. 同時，可以清楚的看到，在384 nm附近出現(xiàn)了一個等吸收點. 這些結(jié)果表明在鋅離子加入后，體系中有新的物質(zhì)生成，我們推測應(yīng)該是形成了1與鋅離子的絡(luò)合物(圖1). 在紫外滴定曲線中可以看到(圖2B)，當(dāng)鋅離子濃度超過探針濃度的0.5倍后，紫外吸收信號基本達到飽和，不再發(fā)生改變. 這說明探針與鋅離子所形成的絡(luò)合物的結(jié)合比為2∶1. 在熒光滴定實驗中，可以得到類似的結(jié)果. 如圖3所示，隨著鋅離子的加入，體系在474 nm處的熒光峰逐漸增強，當(dāng)鋅離子濃度超過探針濃度的0.5倍后，熒光信號達到飽和. 在鋅離子加入前到飽和后，1表現(xiàn)出了超過10倍的熒光增強響應(yīng)，該響應(yīng)肉眼可見，由此可實現(xiàn)對鋅離子的裸眼快速檢測.

圖1 A)1的合成；B)1與鋅離子形成絡(luò)合物的示意圖；C) 對比化合物2和3的合成Fig.1 A) Synthesis of 1. B) Formation of 1-Zn complex. C) Synthesis of compounds 2 and 3

圖2 A)1隨鋅離子濃度增加的紫外光譜變化；B)402 nm處吸光度隨鋅離子濃度增加的變化. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 0～10 μmol/L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.2 A) Absorption spectra of 1 upon the addition of Zn(Ⅱ). B) The absorbance at 402 nm as a function of Zn(Ⅱ) concentration. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 0-10 μmol/L, water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

為了進一步明確1與鋅離子所形成的絡(luò)合物的結(jié)合比，我們采用了Job’s plot方法進行測試. 控制1和鋅離子的總濃度為10 μmol/L，改變兩者比例，記錄402 nm處紫外吸收峰的強度變化. 如圖4所示，當(dāng)1和鋅離子的濃度比到達2∶1時，402 nm處吸光度達到極大值，這再次說明1和鋅離子形成了2∶1結(jié)合的絡(luò)合物.

眾所周知，配體與金屬離子形成絡(luò)合物時，五元環(huán)和六元環(huán)的結(jié)構(gòu)最有利于絡(luò)合物的穩(wěn)定. 因此，根據(jù)1的結(jié)構(gòu)，我們推測1應(yīng)該是以其結(jié)構(gòu)中的酚羥基、席夫堿的氮原子和吡啶基團的氮原子為結(jié)合位點，與鋅離子形成絡(luò)合物結(jié)構(gòu)(圖1B). 為了確定探針1與鋅離子的結(jié)合位點，我們分別合成了對比化合物2和3. 相對于1來說，化合物2的結(jié)構(gòu)中沒有酚羥基而化合物3的結(jié)構(gòu)中則不存在吡啶氮原子，其結(jié)構(gòu)如圖1C所示. 隨后，我們分別在pH為7.0的50%水/乙醇(體積比)體系中，對化合物2和3對鋅離子的結(jié)合進行了研究，其結(jié)果如圖5所示. 加入鋅離子前后，化合物2和3的紫外光譜都幾乎沒有發(fā)生變化. 由此可知，酚羥基和吡啶氮原子在1與鋅離子的絡(luò)合過程中起了不可替代的作用. 進一步，我們通過核磁滴定對1與鋅離子的絡(luò)合進行了研究，其結(jié)果如圖6所示. 由于金屬離子的加入，化合物苯環(huán)區(qū)的氫原子化學(xué)位移發(fā)生不同程度的變化：其中，3號、5號、7號氫原子由于與作用位點最近，向低場的移動最為明顯，化學(xué)位移的改變最大；與吡啶氮原子處于間位的4號、6號兩個氫原子的化學(xué)位移則相對略??；1號、2號氫原子與作用位點最遠，化學(xué)位移在鋅離子加入前后幾乎沒有變化；8號氫原子所在的氮原子和相鄰的起絡(luò)合作用的氮原子并不共軛鏈接，所以配位前后化學(xué)位移也幾乎沒有變化. 該結(jié)果再次印證了我們對于鋅離子與1結(jié)合位點的推測.

圖3 A)1隨鋅離子濃度增加的熒光光譜變化；B)474 nm處熒光強度隨鋅離子濃度增加的變化. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 0～10 μmol/L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.3 A) Fluorescence spectra of 1 upon the addition Zn(Ⅱ). B) The fluorescence intensity at 474 nm as a function of Zn(Ⅱ) concentration. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 0-10 μmol/L, water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

圖4 以Job’s plot方法，通過402 nm處吸光度變化測定1-Zn絡(luò)合物的結(jié)合比. 條件：[1] + [Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/ L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0 Fig.4 Job’s plot method for evaluating the stoichiometry of 1-Zn complex by measuring the change of absorbance at 402 nm. Conditions: [1] + [Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L, water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

圖5 化合物2和3在鋅離子加入前后紫外光譜的變化. 條件：[2] = [3] =10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.5 Absorption spectra of 2 and 3 before and after the addition of Zn(Ⅱ). Conditions: [2] = [3] =10 μmol/L, [Zn (Ⅱ)] = 10 μmol/L, water/EtOH (water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

圖6 加入鋅離子前后1的核磁1H譜的變化Fig.6 1H-NMR spectrum of 1 before and after the addition of Zn(Ⅱ)

2.2 檢測條件優(yōu)化

2.2.1 探針1對鋅離子檢測的選擇性和抗干擾能力

如圖7所示，分別加入2當(dāng)量的不同金屬離子于10 μmol/L探針1溶液中，只有鋅離子產(chǎn)生了明顯的熒光增強響應(yīng). 其他16種常見金屬離子，包括對鋅離子常常發(fā)生干擾的鎘離子，都未表現(xiàn)出任何熒光增強. 這說明1對鋅離子具有良好的選擇性. 進一步，研究1在不同金屬離子存在時檢測鋅的抗干擾能力，我們在體系中加入2當(dāng)量鋅離子的同時，也加入了2當(dāng)量的其他干擾離子(圖7網(wǎng)格柱狀部分). 結(jié)果表明，堿金屬、堿土金屬以及絕大多數(shù)常見金屬離子對鋅離子的檢測都不會產(chǎn)生干擾，其中包括鎘離子. 只有鈷、銅、鎳三種金屬離子由于其本身的順磁作用及較強的絡(luò)合能力，對體系的熒光產(chǎn)生了一定的猝滅，而這種猝滅通常是不可避免的[16-26]. 總而言之，1對鋅離子的檢測具有非常好的選擇性和一定的抗干擾能力.

圖7 探針1對Zn(Ⅱ)的選擇性和抗干擾能力，熒光激發(fā)波長410 nm，發(fā)射波長474 nm. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L，[M] = 10 μmol/L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.7 Selectivity of 1 in the presence of different metal ions with or without Zn(Ⅱ). Excitation and emission was at 410 and 474 nm, respectively. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L, [M] = 10 μmol/L, water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

2.2.2 有機溶劑的選擇和用量

探針1在純水體系中，對鋅離子沒有熒光增強響應(yīng)，需要體系中存在一定的有機溶劑方可實現(xiàn)對鋅離子的響應(yīng). 我們首先對有機溶劑的種類進行了篩選，結(jié)果如圖8所示. 將乙醇、DMSO和乙腈這三種可以和水任意比例互溶的常用溶劑與10 mmol/L pH為7.0 的Tris-HCl水溶液配置成緩沖體系. 在這三種體系中，分別測試1在加入2當(dāng)量鋅離子前后的熒光強度. 結(jié)果表明，在水/乙醇中，1對鋅離子表現(xiàn)出了最佳的熒光增強響應(yīng). 在水/DMSO中，探針的背景熒光較高. 而在水/乙腈中，探針的熒光增強倍數(shù)較小. 同時，考慮到乙醇是一種常見的低毒性、廉價的有機溶劑，因此選擇水/乙醇作為分析體系.

圖8 水/不同有機溶劑混合體系中，向1中添加2當(dāng)量鋅離子前后的熒光強度. 激發(fā)波長410 nm，發(fā)射波長474 nm. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L，50%水/有機溶劑(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.8 Fluorescence intensity of 1 in the absence and presence of 2 equiv. Zn(Ⅱ) in water/different organic solvent mixture. Excitation and emission was at 410 and 474 nm, respectively. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L, water/organic solvent (Vwater/Vorganic solvent=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

在確定水/乙醇的分析體系后，我們進一步對乙醇用量對探針響應(yīng)性能的影響進行了探究. 如圖9所示，隨著體系中乙醇所占比例的升高，探針對鋅離子的熒光增強倍數(shù)逐漸增大. 在乙醇含量達到50%時，熒光增強倍數(shù)已超過10倍；在純乙醇體系中，熒光增強倍數(shù)甚至超過100倍. 然而，過高的有機溶劑含量常對實際樣品的分析帶來不便. 因此，綜合考慮熒光增強效果和有機溶劑含量，采用 50%水/乙醇(體積比)體系作為對鋅離子檢測的最佳體系.

圖9 在不同比例的水/乙醇體系中，向1中添加2當(dāng)量鋅離子前后的熒光強度. 激發(fā)波長410 nm，發(fā)射波長474 nm. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.9 Fluorescence intensity of 1 in the absence and presence of 2 equiv. Zn(Ⅱ) in different water/EtOH mixture. Excitation and emission was at 410 and 474 nm, respectively. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L, pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

pH對探針的響應(yīng)性能也有著重要的影響. 如圖10所示，向含有10 μmol/L探針1的不同pH的50%水/乙醇溶液中加入2當(dāng)量鋅離子后，熒光強度具有明顯區(qū)別，1在pH為7.0時表現(xiàn)出最高倍數(shù)的熒光增強. 其可能的原因是：在酸性條件下，溶液中的氫離子會使1中的吡啶基團結(jié)合質(zhì)子，降低了其對金屬離子的結(jié)合能力，影響了1-Zn絡(luò)合物的生成；而在堿性條件下，體系中的氫氧根與鋅離子結(jié)合，同樣會影響1-Zn絡(luò)合物的生成. 因此，中性條件被確定為1對鋅離子檢測的最佳條件.

圖10 不同pH條件下探針1與Zn(Ⅱ)結(jié)合前后的熒光強度，激發(fā)波長410 nm，發(fā)射波長474 nm. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系Fig.10 Fluorescence intensity of 1 in the absence and presence of Zn(Ⅱ) at different pH. Excitation and emission was at 410 and 474 nm, respectively. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 10 μmol/L, water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

2.3 探針1對鋅離子的熒光檢測性能

2.3.1 鋅離子檢測的工作曲線及檢測限

根據(jù)2.2實驗所得的鋅離子檢測的最佳條件，我們對1對鋅離子檢測的工作曲線及檢測限進行了測量和計算. 在含有10 μmol/L探針1的pH為7.0的50%水/乙醇緩沖體系加入0.1～1.0 μmol/L的鋅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，測量其在474 nm處的熒光信號. 實驗結(jié)果表明(圖11)，1對至少在0.1～1.0 μmol/L的范圍內(nèi)的鋅離子具有極好的線性熒光響應(yīng)，其滴定曲線的相關(guān)系數(shù)可達0.999(n=3). 對于0.50 μmol/L鋅離子進行了三次平行測量，其結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.6%. 根據(jù)IUPAC對檢測限的定義(CDL= 3Sb/m)，計算得1對鋅離子的檢測限為35 nmol/L.

圖11 1對鋅離子的熒光檢測工作曲線，激發(fā)波長410 nm，發(fā)射波長474 nm. 條件：[1] = 10 μmol/L，[Zn(Ⅱ)] = 0.1-1.0 μmol/L，50%水/乙醇(體積比)，10 mmol/L Tris-HCl緩沖體系，pH = 7.0Fig.11 Fluorescence intensity of 1 as a function of Zn(Ⅱ) concentration (0.1-1.0 μmol/L). Excitation and emission was at 410 and 474 nm, respectively. Conditions: [1] = 10 μmol/L, [Zn(Ⅱ)] = 0.1-1.0 μmol/L, water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%) at pH 7.0 buffered by 10 mmol/L Tris-HCl

2.3.2 對實際水樣的檢測

根據(jù)2.3.1獲得的工作曲線，我們用1對自來水及合成水樣中的鋅離子濃度進行了測定，結(jié)果如表1所示. 對于合成水樣(在去離子水中加入5.00 μmol/L的Zn(Ⅱ), 5.00 μmol/L的Cd(Ⅱ), Pb(Ⅱ), Ag(I), Hg(Ⅱ)和10.0 μmol/L的Na(I), K(I), Mg(Ⅱ), Ca(Ⅱ)制得)，我們準(zhǔn)確測得了其中鋅離子的含量，回收率分別為98.2%和102.7%，三次測量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.2%和1.7%. 對于自來水樣，同樣獲得了很好的回收率和理想的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差. 這表明，1可以應(yīng)用于實際水樣的檢測.

表1 探針1用于實際水樣品中Zn(Ⅱ)濃度的測定

3 結(jié)論

設(shè)計并合成了一種新型鋅離子增強型熒光探針1. 該探針合成簡單，成本低廉，在50%水/乙醇(體積比)緩沖體系中性pH條件下，與鋅離子形成2∶1的絡(luò)合物，伴隨超過10倍的熒光增強響應(yīng). 更重要的是，1對鋅離子表現(xiàn)出了極佳的選擇性，即使鎘離子也不會對其檢測產(chǎn)生干擾. 1可以用于對鋅離子的快速裸眼檢測和定量分析檢測，檢測限達到35 nmol/L.

[1] OHALLORAN T V. Transition-metals in control of gene-expression [J]. Science, 1993, 261(5122): 715-725.

[2] BURDETTE S C, LIPPARD S J. Meeting of the minds: Metalloneurochemistry [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2003, 100(7): 3605-3610.

[3] FREDERICKSON C J, KOH J Y, BUSH A I. The neurobiology of zinc in health and disease [J]. Nature Reviews Neuroscience, 2005, 6(6): 449-462.

[4] CUAJUNGCO M P, LEES G J. Zinc and alzheimer’s disease: Is there a direct link? [J]. Brain Research Reviews, 1997, 23(3): 219-236.

[5] ARAGAY G, PONS J, MERKO?I A. Recent trends in macro-, micro-, and nanomaterial-based tools and strategies for heavy-metal detection [J]. Chemical Reviews, 2011, 111(5): 3433-3458.

[6] ARMELIN M J A, PIASENTIN R M, PRIMAVESI O. Neutron activation analysis of zinc in forages used in intensive dairy cattle production systems [J]. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 2002, 252(3): 585-587.

[7] RAO K S, BALAJI T, RAO T P, et al. Determination of iron, cobalt, nickel, manganese, zinc, copper, cadmium and lead in human hair by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry [J]. Spectrochimica Acta Part B, 2002, 57(8): 1333-1338.

[8] NASCENTES C C, ARRUDA M A Z, NOGUEIRA A R A, et al. Direct determination of Cu and Zn in fruit juices and bovine milk by thermospray flame furnace atomic absorption spectrometry [J]. Talanta, 2004, 64(4): 912-917.

[9] LI K, TONG A. A new fluorescent chemosensor for Zn2+with facile synthesis: “Turn-on” response in water at neutral pH and its application for live cell imaging [J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2013, 184(7): 248-253.

[10] LI K, WANG X, TONG A. A “turn-on” fluorescent chemosensor for zinc ion with facile synthesis and application in live cell imaging [J]. Analytica Chimica Acta, 2013, 776: 69-73.

[11] SU H, CHEN X, FANG W. On-off mechanism of a fluorescent sensor for the detection of Zn(Ⅱ), Cd(Ⅱ), and Cu(Ⅱ)transition metal ions [J]. Analytical Chemistry, 2014, 86(1): 891-899.

[12] DING Y, TANG Y, ZHU W, et al. Fluorescent and colorimetric ion probes based on conjugated oligopyrroles [J]. Chemical Society Reviews, 2015, 44(5): 1101-1112.

[13] PENG J, XU W, TEOH C L, et al. High-efficiency in vitro and in vivo detection of Zn2+by dye-assembled upconversion nanoparticles [J]. Journal of the American Chemical Society, 2015, 137(6): 2336-2342.

[14] WU L, GUO Q S, LIU Y Q, et al. Fluorescence resonance energy transfer-based ratiometric fluorescent probe for detection of Zn2+using a dual-emission silica-coated quantum dots mixture [J]. Analytical Chemistry, 2015, 87(10): 5318-5323.

[15] LI Y, LI K, HE J. A “turn-on” fluorescent chemosensor for the detection of Zn(Ⅱ) in aqueous solution at neutral pH and its application in live cells imaging [J]. Talanta, 2016, 153: 381-385.

[16] LIU T, LIU S. Responsive polymers-based dual fluorescent chemosensors for Zn2+ions and temperatures working in purely aqueous media [J]. Analytical Chemistry, 2011, 83(7): 2775-2785.

[17] LIN W, BUCCELLA D, LIPPARD S J. Visualization of peroxynitrite-induced changes of labile Zn2+in the endoplasmic reticulum with benzoresorufin-based fluorescent probes [J]. Journal of the American Chemical Society, 2013, 135(36): 13512-13520.

[18] CHYAN W, ZHANG D Y, LIPPARD S J, et al. Reaction-based fluorescent sensor for investigating mobile Zn2+in mitochondria of healthy versus cancerous prostate cells [J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2014, 111(1): 143-148.

[19] GUPTA V K, MERGU N, SINGH A K. Fluorescent chemosensors for Zn2+ions based on flavonol derivatives [J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2014, 202(10): 674-682.

[20] LIU H M, VENKATESAN P, WU S P. A sensitive and selective fluorescent sensor for zinc(Ⅱ) and its application to living cell imaging [J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2014, 203(1): 719-725.

[21] MAO Z, HU L, DONG X, et al. Highly sensitive quinoline-based two-photon fluorescent probe for monitoring intracellular free zinc ions [J]. Analytical Chemistry, 2014, 86(13): 6548-6554.

[22] XU Z, BAEK K H, KIM H N, et al. Zn2+-triggered amide tautomerization produces a highly Zn2+-selective, cell-permeable, and ratiometric fluorescent sensor [J]. Journal of the American Chemical Society, 2010, 132(2): 601-610.

[23] SUN F, ZHANG G, ZHANG D, et al. Aqueous fluorescence turn-on sensor for Zn2+with a tetraphenylethylene compound [J]. Organic Letters, 2011, 13(24): 6378-6381.

[24] INGALE S A, SEELA F. A ratiometric fluorescent on-off Zn2+chemosensor based on a tripropargylamine pyrene azide click adduct [J]. The Journal of Organic Chemistry, 2012, 77(20): 9352-9356.

[25] LIN W, BUCCELLA D, LIPPARD S J. Visualization of peroxynitrite-induced changes of labile Zn2+in the endoplasmic reticulum with benzoresorufin-based fluorescent probes [J]. Journal of the American Chemical Society, 2013, 135(36): 13512-13520.

[26] SYU J H, CHENG Y K, HONG W Y, et al. Electrospun fibers as a solid-state real-time zinc ion sensor with high sensitivity and cell medium compatibility [J]. Advanced Functional Materials, 2013, 23(12): 1566-1574.

[責(zé)任編輯：劉紅玲]

A fluorescence probe based on a schiff base structure for the detection of zinc ion with good selectivity

LI Yuanyuan1,2*, HOU Buwei3, LI Kai4

(1.SchoolofChemistry,ChemicalandEnvironmentalEngineering,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450001,Henan,China; 2.SchoolofChemicalEngineeringandEnergy,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,Henan,China; 3.ZhengzhouForeignLanguageSchool,Zhengzhou450001,Henan,China; 4.CollegeofChemistryandMolecularEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,Henan,China)

N,N-Diethylaminosalicylaldehyde-2-pyridinehydrazone (1) was designed and synthesized as a fluorescence probe for the detection of Zn(Ⅱ). In water/EtOH (Vwater/VEtOH=50%, pH = 7.0), 1 showed a fluorescence “turn-on” response to Zn(Ⅱ). Higher content of EtOH was beneficial for the amplification of fluorescence signal. A fluorescence enhancement of 100-fold could be obtained in absolute EtOH. 1 exhibited good selectivity to Zn(Ⅱ) over other metal ions (especially for Cd(Ⅱ), which was a typical interfering ion for Zn(Ⅱ) detection). The linear range for the detection of Zn(Ⅱ) was 0.1-1.0 μmol/L and the detection limit was calculated as 35 nmol/L. 1 was successfully used in the detection of Zn(Ⅱ) in real water samples.

zinc ion; fluorescence “turn-on”; probe; Schiff base

2016-11-16.

國家自然科學(xué)基金(51502079, 21501150),鄭州大學(xué)優(yōu)秀青年教師發(fā)展基金(1521316005).

李媛媛(1986-), 女, 講師, 研究方向為小分子熒光探針.

*通訊聯(lián)系人, E-mail:yuanyuanli@haut.edu.cn.

O614.24+1

A

1008-1011(2017)02-0177-08