一种用于可视化检测CrO

一种用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明属于分析化学技术领域,具体涉及一种用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针及其制备方法与应用。


背景技术：

2.六价铬在水中一般以铬酸根、重铬酸根等形式存在，具有良好的工业性能，在金属合金、铬酸盐颜料、纺织染料以及制革厂等工业生产中应用广泛，在这些工业生产过程中会产生大量富铬(vi)的废料，处理不当会使铬(vi)进入土壤和水(废水、地表水、地下水)等系统中，进入环境系统的铬(vi)的浓度不断增加会造成铬污染，铬污染是严重的环境威胁，对我们的环境和健康有不可忽视的影响，值得关注的是，环境中的六价铬主要以cro
42-的形式存在，铬酸根不容易转化为其他价态，在土壤和水中能够稳定存在，且其毒性较大，具有可移动性，且易被生物吸收并在体内蓄积，过度接触会危及动植物和人类的健康，cro
42-具有强氧化性，蓄积在人体内的cr(vi)会伤害细胞，损伤dna、蛋白质、细胞膜等，从而导致皮肤、眼睛、血液、呼吸系统、免疫系统等出现不同程度的损伤，严重的可能会引发多种健康疾病(如肺癌)。
3.现有技术比如在检测水中多种金属离子用的荧光探针及其制备方法和应用存在一定的不足之处：第一，该方法用于检测水中存在的多种金属离子，特异性较差；第二，该方法能够检测的cr
3+
被普遍认为毒性比六价铬低。


技术实现要素：

4.本发明专利的目的在于，提供一种基于对称四甲基六元瓜环的超分子组装体的荧光探针、及其制备方法与应用。并利用其简单便携、实时智能、可视化地特异性检测水中cro
42-离子含量的方法。
5.本发明的技术方案：一种用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针，其分子式为c
80h88n48o24
@c
26h24
cl2n2o2，其结构式如下：
[0006][0007]
一种用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针，利用(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵与对称四甲基六元瓜环间的超分子作用力制备而成。
[0008]
所述(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵的分子式为c
13h12
clno,其结构式如下：
[0009][0010]
前述的用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针的制备方法，包括如下步骤：
[0011]
(1)称取对称四甲基六元瓜环，然后加水溶解，得溶液a；
[0012]
(2)称取(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵，然后加水溶解，得溶液b；
[0013]
(3)将溶液a和溶液b混合，然后常温下反应即得超分子荧光探针。
[0014]
所述溶液a中对称四甲基六元瓜环的浓度为1.0
×
10-3
mol/l；所述溶液b中(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵的浓度为1.0
×
10-3
mol/l。
[0015]
在步骤3)中，所述溶液a和溶液b按照对称四甲基六元瓜环与(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵的摩尔比为1:1进行混合。
[0016]
一种前述超分子荧光探针在检测水中cro
42-离子含量中的应用。
[0017]
进一步地，一种利用前述超分子荧光探针对水中cro
42-离子进行定性、定量检测。
[0018]
更进一步地，所述应用方法，包括如下步骤：
[0019]
(1)取超分子荧光探针，用ph＝7的二次水进行稀释，得到浓度为5.0
×
10-5
mol/l的探针标准溶液；
[0020]
(2)向探针标准溶液中加入含有不同浓度的cro
42-的水溶液并混合均匀，形成系列梯度标准溶液，然后以固定激发波长为280nm，进行荧光发射光谱测定，绘制发射波长为496nm处的荧光强度变化曲线；或者取石英荧光比色皿并加入浓度为5.0
×
10-5
mol/l的探针标准溶液后，再准确加入cro
42-标准溶液，混合均匀，以固定激发波长280nm进行荧光发射光谱测定，然后按照上述操作，逐次加入定量的cro
42-标准溶液，并在496的发射波长下，测得一系列含有不同浓度cro
42-的荧光曲线，直至荧光曲线纵坐标数值变化缓慢，即可停止该滴定操作；
[0021]
(3)根据步骤(2)的曲线计算加入各梯度标准溶液前后在496nm下的荧光发射光谱强度变化值δi，并绘制出线性关系图，即可利用线性关系图对待检测水溶液中的cro
42-离子进行进行定性和定量测试；
[0022]
(4)通过在智能手机上安装软件，即可对实际样品进行实时定量检测样品中的cro
42-含量；具体是：在各浓度梯度的标准溶液中加入荧光探针，依次装入比色皿，在检测平台中拍照读取rgb值后，用g/b值与浓度作出标准曲线；向待测样品中加入荧光探针，然后将该溶液装入比色皿中，将比色皿装入检测平台，打开紫外灯，用智能手机进行拍照并读取溶液荧光颜色的rgb值，并与标准曲线对照即可定量检测其中的cro
42-的含量。
[0023]
前述荧光探针检测水中cro
42-的方法中，加入待测样品水溶液后若发射波长为496nm处的荧光强度明显降低，则表明检测溶液中含有cro
42-，若未发生明显变化则表明水中未含有cro
42-或含量低于该探针检出限；或者若手机拍摄荧光比色管内溶液颜色出现淬灭，则表明检测溶液中含有cro
42-，若未发生明显变化则表明水中未含有cro
42-或含量低于该探针检出限。
[0024]
本发明的有益效果
[0025]
本发明制得的荧光探针是一种基于对称四甲基六元瓜环的超分子新型探针，能够对水中的cro
42-进行特异性检测。
[0026]
本发明的检测方法具有灵敏度高、特异性好、操作方便、测定快速的优点。根据荧光强度变化的不同可以对水中cro
42-进行定量检测，具有定量检测的优点。向本发明制得的浓度为5.0
×
10-5
mol/l的荧光探针标准溶液中加入不同浓度cro
42-依次进行检测，检测结果如图4所示。利用该图绘制标准曲线见图4，计算得到检出限为5.74
×
10-7
mol/l。
[0027]
此外，本发明还具有现场可视化的优点：利用智能手机辅助，在395nm的紫外灯的照射下，简单通过手机拍照并识别待测样荧光颜色的rgb值，通过对比标准曲线即可对待测样中的cro
42-进行定量检测，利用绿蓝通道比值(g/b)与相对应的cro
42-浓度拟合曲线所得标准曲线见图6。
[0028]
综上，本发明方法有良好的特异性以检测cro
42-阴离子，cro
42-属于六价铬中的一种，有剧毒，易在体内蓄积，是强致突变物质，定性和定量检测cro
42-对于环境控制和人类健康保护具有重要意义；本发明方法利用智能手机辅助检测，不需要用大型仪器，现场取样加入荧光探针，用智能手机拍照读取rgb值，即可实时快速、可视化地定量检测水中的cro
42-离子。
附图说明
[0029]
图1为对称四甲基六元瓜环(简称tmeq[6])与(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵(简称g)的分子结构图；其中：(a)化合物tmeq[6]分子结构的主视图；(b)化合物tmeq[6]分子结构的俯视图；(c)化合物g的分子结构图；(d)化合物g和tmeq[6]的代表示意解释；
[0030]
图2为tmeq[6]与g的荧光光谱图；其中：(a)向c(g)＝1.0
×
10-5
mol/l的g溶液中每次加入3μl 1.0
×
10-3
mol/l的tmeq[6](摩尔当量从0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5
……
增加到2.0)的荧光谱图(λ
em
＝496nm.)；(b)496nm处，荧光强度对于n
tmeq[6]
/ng的曲线；(c)荧光job图；(d)g与tmeq[6]的紫外job法并通过origin软件处理的图。
[0031]
图3为tmeq[6]和g核磁滴定及作用模式图；其中(a)对称四甲基六元瓜环；(b)g：对称四甲基六元瓜环的摩尔比为1:1；(c)g。
[0032]
图4为荧光图和标准曲线；其中(a)为探针对不同阴离子特异性选择荧光光图谱；(b)在395nm的紫外灯激发下，探针对不同阴离子特异性选择荧光照片；(c)为探针对cro
42-滴定荧光图；(d)为利用图(c)用于计算检出限的标准曲线图。
[0033]
图5为探针加入干扰物质后荧光猝灭率对比；其中(a)为探针先加入cro
42-离子再加入不同干扰物质的荧光淬灭率图；(b)为探针分别加入cro
42-、不同干扰物质的荧光猝灭率图。
[0034]
图6为智能手机辅助可视化定量检测样品中cro
42-含量示意图。
[0035]
图7为智能手机辅助可视化检测的流程图。
具体实施方式
[0036]
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
[0037]
实施例1
[0038]
一种用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针的制备方法如下：
[0039]
(1)取对称四甲基六元瓜环，加入二次水溶解，配制得到浓度为1.0
×
10-3
mol/l的对称四甲基六元瓜环溶液(简称溶液a)；
[0040]
(2)取(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵，加入二次水溶解，配制得到浓度为1.0
×
10-3
mol/l的(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵溶液(简称溶液b)；
[0041]
(3)按照对称四甲基六元瓜环与(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵的摩尔比为1:1的比例将将浓度为1.0
×
10-3
mol/l的对称四甲基六元瓜环溶液和浓度为1.0
×
10-3
mol/l的(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵溶液混合，并在常温下放置反应10-20min，即得超分子荧光探针。
[0042]
实施例2
[0043]
一种利用实施例1的超分子荧光探针测定未知水溶液中cro
42-含量的方法，包括如下步骤：
[0044]
(1)cro
42-标准溶液的配制：
[0045]
准确称取适量的k2cro4的分析纯标准品，用ph＝7的二次水溶液溶解，得到浓度为2.0
×
10-3
mol/l的cro
42-标准溶液(简称溶液c)；
[0046]
(2)标准曲线的测定：
[0047]
取10ml容量瓶8个，每瓶加入实施例1中溶液a150μl及实施例1中溶液b150μl并混合均匀，常温下放置15min，形成探针，再分别加入2.0
×
10-3
mol/lcro
42-标准溶液0μm、10.0μm、20.0μm、30.0μm、40.0μm、50.0μm、60.0μm、70.0μm,用ph＝7的二次水溶液定容摇匀后备用；以固定激发波长为280nm进行荧光发射光谱测定，以cro
42-的浓度为横坐标，对应496nm处探针荧光发射强度(i0)与加入不同浓度cro
42-荧光发射强度(i)的差值(i
0-i)为纵坐标，绘制标准曲线见图4；在将加有探针的各浓度梯度的标准溶液依次装入比色皿，在自制检测平台中拍照读取rgb值后，用g/b值与浓度作出标准曲线见图6，由标准曲线的斜率s以及测定11次空白值的标准偏差σ，计算荧光探针检测cro
42-的检出限，公式为3σ/s。
[0048]
(3)样品检测：
[0049]
取含有cro
42-但浓度未知的水溶液，并加入荧光探针标准溶液，然后在激发波长280nm下，496nm处有荧光强度明显减弱的现象出现，则说明该水样中含有cro
42-，拍照对照标准曲线后读取g/b值与标准曲线对照后，即可得其浓度。
[0050]
取不含cro
42-的水溶液，并加入荧光探针标准溶液，然后在激发波长280nm下，观察496nm处没有出现荧光强度的明显变化，则说明该水样中不含cro
42-；所述荧光探针标准溶液是利用加ph＝7的二次水对探针进行稀释，得浓度为5.0
×
10-5
mol/l的探针标准溶液；
[0051]
实施例3
[0052]
一种利用实施例1的超分子荧光探针测定未知水溶液中cro
42-含量的方法，包括如下步骤：
[0053]
(1)探针标准溶液的配制：
[0054]
取实施例1中的超分子荧光探针，向其中加入ph＝7的二次水进行稀释，制得浓度为5.0
×
10-5
mol/l的探针标准溶液；
[0055]
(2)标准曲线的测定：
[0056]
取一个石英荧光比色皿，加入浓度为5.0
×
10-5
mol/l的探针标准溶液3000μl后，再准确加2.0
×
10-3
mol/l的cro
42-标准溶液7.5μl，混合均匀，固定激发波长280nm进行荧光发
射光谱测定；按照上述操作，不断地向上述3000μl探针溶液加入定量7.5μl cro
42-标准溶液，并在496nm的发射波长下，测得一系列的荧光曲线，直至荧光曲线纵坐标数值变化缓慢，即可停止该滴定操作；然后以cro
42-浓度为横坐标，496nm处探针荧光发射强度与加入不同浓度cro
42-后荧光发射强度的差值为纵坐标，得到标准曲线，由标准曲线的斜率s以及测定11次空白值的标准偏差σ，计算荧光探针检测cro
42-的检出限，公式为3σ/s；
[0057]
(3)样品检测：
[0058]
取含有cro
42-但浓度未知的水溶液，将配置好的荧光探针标准溶液加入其中，然后将该溶液装入比色皿中，将比色皿装入检测平台，打开紫外灯，用智能手机进行拍照并读取溶液荧光颜色的rgb值，并与标准曲线对照即可定量检测其中的cro
42-的含量。
[0059]
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造揭露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针，其特征在于：其分子式为c
80
h
88
n
48
o
24
@c
26
h
24
cl2n2o2，其结构式为：2.根据权利要求1所述的一种用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针，其特征在于：由对称四甲基六元瓜环与(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵制备而成。3.根据权利要求1所述的一种用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)取对称四甲基六元瓜环，然后加水溶解，得溶液a；2)取(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵，然后加水溶解，得溶液b；3)将溶液a和溶液b混合，然后常温下反应即得超分子荧光探针。4.根据权利要求3所述的一种用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针的制备方法啊，其特征在于，所述溶液a中对称四甲基六元瓜环的浓度为1.0
×
10-3
mol/l；所述溶液b中(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵的浓度为1.0
×
10-3
mol/l。5.根据权利要求3所述的一种用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针的制备方法，其特征在于：在步骤3)中，所述溶液a和溶液b按照对称四甲基六元瓜环与(e)-4-(4-羟基苯乙烯基)吡啶-1-氯化铵的摩尔比为1:1进行混合。6.一种根据权利要求1-2任一项所述的用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针在检测水中cro
42-离子含量中的应用。7.根据权利要求6所述的用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针在检测水中cro
42-离子含量中的应用，其特征在于，所述应用方法如下：1)取超分子荧光探针，加ph＝7的二次水稀释，得浓度为5.0
×
10-5
mol/l的探针标准溶液；2)向探针标准溶液中加入含有不同浓度的cro
42-的水溶液并混合均匀，形成系列梯度标准溶液，然后以固定激发波长为280nm，进行荧光发射光谱测定，绘制发射波长为496nm处的荧光强度变化曲线；或者取石英荧光比色皿并加入浓度为5.0
×
10-5
mol/l的探针标准溶液后，再准确加入cro
42-标准溶液，混合均匀，以固定激发波长280nm进行荧光发射光谱测定，然后按照上述操作，逐次加入定量的cro
42-标准溶液，并在496nm的发射波长下，测得一系列含有不同浓度cro
42-的荧光曲线，直至荧光曲线纵坐标数值变化缓慢，即可停止该滴定操作；3)根据步骤2)的曲线计算探针标准溶液中加入各梯度标准溶液前后对应496nm下的荧光发射光谱强度变化值δi，并绘制出线性关系图，即可利用线性关系图对待测水溶液中的cro
42-进行检测；
4)通过智能手机辅助手段可用于实际样品的实时定量检测cro
42-含量：在各浓度梯度的标准溶液中加入荧光探针，依次装入比色皿，在检测平台中拍照读取rgb值后，用g/b值与浓度作出标准曲线；将待测样品中加入荧光探针，然后将该溶液装入比色皿中，将比色皿装入检测平台，打开紫外灯，用智能手机进行拍照并读取溶液荧光颜色的rgb值，并与标准曲线对照即可定量检测其中的cro
42-的含量。8.根据权利要求7所述的用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针在检测水中cro
42-离子含量中的应用，其特征在于：所述步骤3)中，当加入待测水前后对应496nm下的荧光发射光谱若强度明显减弱，则表明待检测水中含有cro
42-。9.根据权利要求7所述的用于可视化检测cro
42-离子的超分子荧光探针在检测水中cro
42-离子含量中的应用，其特征在于：所述步骤4)中，若手机拍摄荧光比色皿内溶液颜色出现淬灭，则表面检测溶液中含有cro
42-，且可根据g/b值对照标准曲线得出溶液中的cro
42-的含量，若未发生明显变化则表明水中未含有cro
42-或含量低于该探针检出限。

技术总结
本发明公开了一种用于可视化检测CrO


技术研发人员：范颖 侯润新 肖昕 胡剑航
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/9/20