本發(fā)明涉及一種檢測微量氰離子的熒光化合物、制備方法及應用，屬于熒光化學傳感器領域。

背景技術：

氰化物作為一種優(yōu)良的化工用品，尤其適合用于化工，冶金，電鍍，合成樹脂等多種領域，具有重要的實際應用價值。與此同時隨著工業(yè)廢水廢氣的排放，越來越多的水土資源和空氣環(huán)境受到了氰化物嚴重破壞。在一些具體工作領域，如從事與油漆，染料，照相，橡膠等相關領域的工作人員也較多的接觸氰化物；在日常生活中，在各種細菌，真菌和藻類體內也含有較多的氰化物，一些常見的食物當中，比如部分水果核，馬豆，高粱，仁果以及土豆和竹筍中都被發(fā)現(xiàn)含有氰化物。這些都嚴重的威脅到了人類的健康和社會的發(fā)展。

氰化物會引起人體內的細胞組織不能及時地得到氧，而使人體發(fā)生中樞性的呼吸性衰竭死亡，氰化物也成為一種非常致命的有毒物質(X.Huang,X.G.Gu,G.X.Zhang,D.Q.Zhang.A Highly Selective Fluorescence Turn-on Detection of Cyanide based on the Aggregation of Tetraphenylethylene Molecules Induced by Chemical Reaction.Chem.Commun.,2012,48,12195-12197)。由于氰化物能夠被人體的皮膚和肺吸收，導致嘔吐，抽搐，最終意識喪失并死亡。每個國家的衛(wèi)生組織都對的極限含量有嚴格的規(guī)定，世界衛(wèi)生組織(簡稱WHO)規(guī)定：在飲用水中的含量不得超過1.9μM(K.Kulig.,Cyanide Toxicity.,U.S.Department of Health and Human Services,Atlanta,GA,1991；S.Baskin and T.Brewer,in Medical Aspects of Chemical and Biological Warfare,ed.F.Sidell,E.T.Takafuji and D.R.Franz,TMM Publication,Washington,DC,1997,271–286；H.N.Lee.,Z.Xu,S.Kim,M.K.Swamy,Y.Kim,S.-J.Kim and J.Yoon.,Pyrophosphate-Selective Fluorescent Chemosensor at Physiological pH:Formation of a Unique Excimer upon Addition of Pyrophosphate.J.Am.Chem.Soc.,2007,129,3828-3829)，因此，設計與合成高效、專一、靈敏、快速的氰離子熒光探針是十分重要的。

以往對于氰離子(CN^-)的檢測方法主要有以下幾種：(1)氫鍵作用型氰根離子傳感器，(2)基于化學反應加成型氰根離子傳感器，(3)配位作用型氰根離子傳感器。氰根離子的熒光傳感器近幾年之所以取得了巨大的發(fā)展，是因為利用不同的機理，開發(fā)出了多種效果優(yōu)良的熒光探針。但是這些傳感器存在其不足之處：如存在離子選擇性差，時間響應性不靈敏，穩(wěn)定性及二次污染等問題。因此開發(fā)具有優(yōu)良性能的氰離子檢測器仍具有廣闊的發(fā)展空間和前景。

2001年，唐本忠院士課題組報道了“聚集誘導發(fā)光(AIE)”現(xiàn)象，由于其獨特的“點亮”效果，AIE分子逐漸被應用于化學檢測和生物檢測領域(J.Mei,N.L.Leung,R.T.K.Kwok,J.W.Y.Lam,B.Z.Tang.Aggregation-Induced Emission：Together We Shine,United We Soar！Chem.Rev.2015,115,11718-11940)。目前，已經報道的利用AIE檢測氰離子的體系包括在四苯基乙烯兩端共軛上強吸電子的丙二腈，利用氰根離子與強吸電子官能團的親核加成反應，在溴化十六烷基三甲銨(CTAB)存在下，設計合成出了一種在水溶液中對氰根離子具有高選擇性和靈敏性的可實現(xiàn)熒光傳感的檢測體系(Y.P.Zhang,D.D.Li,Y.Li,J.H.Yu.Solvatochromic AIE Luminogens as Supersensitive Water Detectors in Organic Solvents and Highly Efficient Cyanide Chemosensors in Water.Chem.Sci.,2014,5,2710-2716)，這種體系的AIE分子檢測氰離子具有靈敏度高，樣本用量少，能在水體中檢測等優(yōu)點，優(yōu)于之前提到的方法。但已報道的體系需要在表面活性劑(CTAB)存在的情況下才會產生一定的響應。并且大多數(shù)只是熒光強度的增減，并不能實現(xiàn)熒光顏色變化。還對其他離子存在一定程度的響應，雖然通過對其進行修飾，增加用量等方法可以提高分子對氰離子的響應程度，但不能排除其他離子對其檢測的影響。因此，定量檢測氰離子需要進行預先分離才能達到其檢測準確性。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有熒光試劑對氰離子的檢測選擇性不高，需外加表面活性劑，在定量檢測氰離子時需要進行預先分離或者脫離水體環(huán)境才能達到其檢測準確性以及難以實現(xiàn)肉眼識別的問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種檢測微量氰離子的熒光化合物，所述熒光化合物對水體中的氰離子具有高度靈敏的特異性熒光響應，能發(fā)生熒光強度猝滅以及顏色“藍移”的雙重響應，并且非?？旖荩哂懈叨冗x擇性；目的之二在于提供一種檢測微量氰離子的熒光化合物的制備方法，所述制備方法簡單，操作方便。目的之三是提供一種檢測微量氰離子的熒光化合物的應用，所述熒光化合物應用于定性或定量檢測水體中的氰離子。

本發(fā)明的目的由以下技術方案實現(xiàn)：

一種檢測微量氰離子的熒光化合物，所述熒光化合物為2-[4-(2,5-二苯基-吡咯-1-基)-聯(lián)苯-4-甲基]-丙二腈，簡稱TPP-CN，其結構式如下：

一種如本發(fā)明所述檢測微量氰離子的熒光化合物的制備方法，所述方法步驟如下：

(1)將1-(4-溴苯基)-2,5-二苯基吡咯溶解于良溶劑1中，得到濃度為3.33～10g/L的1-(4-溴苯基)-2,5-二苯基吡咯溶液；向所述溶液中加入苯硼酸、催化劑和堿性鹽，于70～80℃下反應18～24h，得到1-(4-醛基聯(lián)苯基)-2,5-二苯基吡咯，簡稱TPP-CHO；

(2)將TPP-CHO溶解于良溶劑2中，得到濃度為5～10g/L的TPP-CHO溶液；向所述溶液中加入丙二腈，于15～30℃下反應2～4h，純化，得到TPP-CN；

其中，步驟(1)所1-(4-溴苯基)-2,5-二苯基吡咯、苯硼酸、催化劑與堿性鹽的質量比優(yōu)選為1:1.92～2.22:0.18～0.55:2.25～3.64；

步驟(1)所述良溶劑1優(yōu)選甲苯；催化劑優(yōu)選四(三苯基膦)鈀；堿性鹽優(yōu)選碳酸銫；

步驟(2)所述TPP-CHO與丙二腈的質量比優(yōu)選為1:0.17～0.20；

步驟(2)所述良溶劑2優(yōu)選乙酸乙酯；

所述純化優(yōu)選重結晶。

一種如本發(fā)明所述檢測微量氰離子的熒光化合物的應用，將所述熒光化合物溶解于良溶劑3中，混合均勻，加入不良溶劑，得到TPP-CN熒光試劑；所述TPP-CN熒光試劑應用于溶液熒光檢測水體中的氰離子。

其中，所述良溶劑3優(yōu)選二甲基亞砜，不良溶劑優(yōu)選去離子水，良溶劑3與不良溶劑的體積比優(yōu)選1:99。

有益效果

(1)本發(fā)明所述熒光化合物對于水體中氰離子有特異性的熒光響應，TPP-CN在良溶劑3中處于分散狀態(tài)，在597nm處熒光信號較弱，加入不良溶劑后，TPP-CN發(fā)生聚集，分子內旋轉受限，非輻射能量轉移受到抑制，熒光試劑在597nm處熒光信號顯著增強。加入氰離子后，氰離子與TPP-CN發(fā)生親核加成反應，D-л-A共軛結構被破壞，597nm處熒光猝滅，而在433nm處出現(xiàn)了新的熒光信號峰。

(2)本發(fā)明所述熒光化合物對氰離子檢測具有較高的靈敏度，當氰離子濃度為0.2μmol/L時，就能發(fā)生明顯的熒光強度猝滅以及顏色“藍移”的雙重響應。

(3)本發(fā)明所述熒光化合物對氰離子的檢測具有高度選擇性、特異性，對于氟離子，溴離子，碘離子，醋酸根，硫酸根，亞硫酸根等常見陰離子均無明顯的熒光響應。

(4)本發(fā)明所述熒光化合物對于氰離子的檢測非常快捷，熒光試劑的熒光強度幾乎在加入氰離子的同時發(fā)生顯著猝滅并伴隨著熒光顏色的“藍移”。

(5)本發(fā)明所述熒光化合物的制備方法簡單；在檢測時操作方便，水體中常見的其他主要成分都不影響熒光試劑的檢出效果，可以直接檢測水體中的氰離子，而不需要預先分離。

附圖說明

圖1為實施例1中向TPP-CN熒光試劑中加入不同陰離子后的熒光譜圖，

從左到右依次是空白、氟離子、氯離子、醋酸根離子、磷酸二氫根離子、亞硫酸氫離子、氰離子、溴離子、碘離子、亞硫酸離子、硝酸根離子、硫酸根離子；

圖2為實施例1中向TPP-CN熒光試劑中加入不同的常見陰離子后TPP-CN熒光試劑的熒光譜圖，從左到右依次加入的陰離子為氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、磷酸二氫根離子、亞硫酸氰根離子、亞硫酸離子、醋酸根離子、硝酸根離子、硫酸根離子；

圖3為實施例1中向TPP-CN熒光試劑中加氰離子后，TPP-CN熒光試劑的熒光強度與熒光發(fā)射波長隨時間的變化曲線；

圖4為實施例1中向TPP-CN熒光試劑中加入氰離子后，TPP-CN分別在433nm與597nm處熒光強度隨時間的變化曲線；

圖5為實施例1中向TPP-CN熒光試劑中加入不同量的氰離子后，熒光強度與熒光發(fā)射波長隨加入氰離子量的變化曲線；

圖6為實施例1中向TPP-CN熒光試劑中加入不同量的氰離子后，熒光試劑分別在433nm與597nm處熒光強度變化；

圖7為實施例1中向TPP-CN熒光試劑中加入不同量的氰離子后，TPP-CN熒光試劑在433nm與597nm處的熒光強度值隨氰離子含量變化的擬合直線；

其中，所述I為加入氰離子后的TPP-CN熒光試劑熒光強度，所述I₀為TPP-CN熒光試劑的初始熒光強度；所述μM表示μmol/L。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例來詳述本發(fā)明，但不限于此。

以下實施例中提到的主要試劑信息見表1；主要儀器與設備信息見表2。

表1

表2

以下實施例中所述熒光分光光度計的激發(fā)波長為370nm；

所述1-(1-溴苯基)二苯基吡咯(TPP)的制備方法如下：

向250ml的圓底燒瓶中加入2g 1,4-二苯基丁二烯與3g對溴苯胺以及0.25g氯化亞銅的混合物，緩慢加熱升溫至110℃，重結晶，得到白色絮狀沉淀；通過核磁共振波譜儀和質譜儀表征可知所述白色固體粉末為TPP，其核磁氫譜和質譜數(shù)據(jù)如下：

¹H-NMR(400MHz,DMSO)δ(ppm):9.93-9.81(s,1H),7.32-7.25(d,6H),7.27-7.20(t,4H),7.20-7.14(t,2H),7.10-6.90(d,2H),6.85-6.50(d,2H).MS(MALDI-TOF):calcd.for C₂₂H₁₆Br,374.2；found,374.2。

實施例1

一種檢測微量氰離子的熒光化合物的制備方法及應用：

(1)TPP-CHO的制備

將100mg的1-(4-溴苯基)-2,5-二苯基吡咯溶解于10mL甲苯中，加入苯硼酸192mg、四(三苯基膦)鈀18mg和碳酸銫225mg，于70℃下反應18h，得到白色絮狀固體沉淀；通過核磁共振波譜儀和質譜儀表征可知所述白色固體粉末為TPP-CHO，其核磁氫譜和質譜數(shù)據(jù)如下：

¹H-NMR(400MHz,DMSO)δ(ppm):9.93-9.81(s,1H),7.9-7.85(d,2H),7.70-7.65(d,2H),7.53-7.48(d,6H),7.40-7.32(t,4H),7.32-7.25(d,2H),7.27-7.20(t,2H),6.30-6.20(d,2H).MS(MALDI-TOF):calcd.for C₂₉H₂₁NO,400.2；found,400.2。

(2)TPP-CN的制備

將100mg的TPP-CHO溶于10mL乙酸乙酯中，加入丙二腈17mg，于15℃下反應2h，重結晶，得到黃色固體粉末；通過核磁共振波譜儀和質譜儀表征可知所述黃色固體粉末即為本實施例所述TPP-CN，其核磁氫譜和質譜數(shù)據(jù)如下：

¹H-NMR(400MHz,DMSO)δ(ppm):8.0-7.90(s,1H),7.70-7.65(d,2H),7.53-7.48(d,4H),7.40-7.36(d,2H),7.40-7.36(d,2H),7.32-7.30(d,6H),7.27-7.20(t,2H),6.30-6.20(d,2H).MS(MALDI-TOF):calcd.for C₃₂H₂₁N₃O,448.1；found,448.1。

(3)TPP-CN熒光化合物的應用

將4.48mg TPP-CN溶于10mL DMSO中，制成濃度為1×10^-3mol/L的母液1。取1mL母液1加入樣品瓶中，再向樣品瓶中加入9mL DMSO，振蕩均勻，得到母液2，濃度為1×10^-4mol/L；取1mL母液2加入樣品瓶中，再向樣品瓶中加入9mL去離子水，振蕩均勻，得到濃度為1×10^-5mol/L的TPP-CN熒光試劑；將所述TPP-CN熒光試劑應用于溶液熒光檢測水體中的氰離子，具體如下：

①特異性識別試驗1

先用熒光分光光度計測量TPP-CN熒光試劑的初始熒光強度I₀，然后取3mL的TPP-CN熒光試劑，分別加入30nmol的陰離子氟離子、氯離子、醋酸根離子、磷酸二氫根離子、亞硫酸氫離子、氰離子、溴離子、碘離子、亞硫酸離子、硝酸根離子和硫酸根離子；測量加入陰離子后TPP-CN熒光試劑熒光強度I，測量結果如圖1所示，可知，TPP-CN熒光試劑對氰離子具有特異性熒光強度猝滅，而對其他陰離子均無明顯變化。

②特異性識別試驗2

先用熒光分光光度計測量TPP-CN熒光試劑的初始熒光強度I₀，然后取3mL的TPP-CN熒光試劑，分別加入30nmol的氰離子，氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、磷酸二氫根離子、亞硫酸氰根離子、亞硫酸離子、醋酸根離子、硝酸根離子、硫酸根離子與30nmol氰離子的混合離子，測量加入陰離子后TPP-CN熒光試劑熒光強度I，測量結果如圖2所示，可知，TPP-CN熒光試劑對氰離子具有特異性熒光響應，且該熒光響應不受其他離子的影響。

③檢出時間試驗

取3mL的TPP-CN熒光試劑，首先用熒光分光光度計測量其初始熒光熒光強度I₀，然后向TPP-CN熒光試劑中加入30nmol的氰離子，立刻測其熒光強度，隨后在每隔10s測量一次TPP-CN熒光試劑的熒光強度，測量結果如圖3和圖4所示，可知，TPP-CN熒光試劑對于氰離子的檢測非?？旖荩?30s后各發(fā)光強度都幾乎不再變化，即檢出時間為130s。

④定量檢測試驗

將20μmol氰離子分次加入3mL的TPP-CN熒光試劑中，每次加入氰離子為20nmol，用熒光分光光度計測量TPP-CN熒光試劑的初始熒光強度及每次加入氰離子后的熒光強度，測量結果如圖5所示，可知，隨著氰離子濃度的增加，TPP-CN熒光試劑在597nm的發(fā)光強度逐漸降低，而在433nm處熒光逐漸增強，即發(fā)生明顯的“藍移”。取不同濃度的氰離子對應的熒光強度最高的點與對應的氰離子濃度作圖，得到圖6，可知，氰離子濃度為0.2～2μM與4～20μM時，在597nm處與433nm處的熒光強度分別有較好的線性關系，如圖7所示，在597nm處，線性方程為：Y＝1.0394-0.28329X，R²＝0.99076；在433nm處，線性方程為與Y＝0.57313+0.02195X，R²＝0.99275；其中，X表示氰離子濃度，Y表示熒光強度猝滅/增長倍數(shù)，R代表線性相關度。將所述線性方程作為標準方程，根據(jù)該標準方程，可實現(xiàn)快速的檢測水體中的氰離子濃度。

⑤水體中檢測實驗

分別向3ml濃度為20μM的TPP-CN熒光試劑中加入不同量的氰離子后，熒光試劑的熒光強度與與熒光顏色隨氰離子含量發(fā)生明顯的變化，即在紫外光下，隨著加入氰離子含量的增加，能夠觀察到明顯的紅色的熒光強度逐漸猝滅并隨氰離子加入量的增加出現(xiàn)新的藍色，藍色的熒光強度隨著氰離子濃度的增加逐漸增強，即出現(xiàn)了明顯的熒光淬滅和顏色藍移，實現(xiàn)雙重響應。其中，加入氰離子濃度分別為0μM，1μM，5μM，10μM和20μM。

實施例2

一種檢測微量氰離子的熒光化合物的制備方法及應用：

(1)TPP-CHO的制備

將100mg的1-(4-溴苯基)-2,5-二苯基吡咯溶解于30mL甲苯中，加入苯硼酸222mg、四(三苯基膦)鈀55mg和碳酸銫364mg，于80℃下反應24h，得到白色絮狀固體沉淀；通過核磁共振波譜儀和質譜儀表征可知所述白色固體粉末為TPP-CHO，其核磁氫譜和質譜數(shù)據(jù)如下：

¹H-NMR(400MHz,DMSO)δ(ppm):9.93-9.81(s,1H),7.9-7.85(d,2H),7.70-7.65(d,2H),7.53-7.48(d,6H),7.40-7.32(t,4H),7.32-7.25(d,2H),7.27-7.20(t,2H),6.30-6.20(d,2H).MS(MALDI-TOF):calcd.for C₂₉H₂₁NO,400.2；found,400.2；

(2)TPP-CN的制備

將100mg的TPP-CN溶于20mL乙酸乙酯溶劑中，加入丙二腈20mg，于30℃下反應4h，重結晶后得到黃色固體粉末；通過核磁共振波譜儀和質譜儀表征可知所述黃色固體粉末即為本實施例所述TPP-CN，其核磁氫譜和質譜數(shù)據(jù)如下：

¹H-NMR(400MHz,DMSO)δ(ppm):8.0-7.90(s,1H),7.70-7.65(d,2H),7.53-7.48(d,4H),7.40-7.36(d,2H),7.40-7.36(d,2H),7.32-7.30(d,6H),7.27-7.20(t,2H),6.30-6.20(d,2H).MS(MALDI-TOF):calcd.for C₃₂H₂₁N₃O,448.1；found,448.1；

(3)TPP-CN熒光化合物的應用

將4.48mg TPP-CN溶于10mL DMSO中，制成濃度為1×10^-3mol/L的母液1。取1mL母液1加入樣品瓶中，再向樣品瓶中加入9mL DMSO，振蕩均勻，得到母液2，濃度為1×10^-4mol/L；取1mL母液2加入樣品瓶中，再向樣品瓶中加入9mL去離子水，振蕩均勻，得到濃度為1×10^-5mol/L的TPP-CN熒光試劑；將所述TPP-CN熒光試劑應用于溶液熒光檢測水體中的氰離子，具體如下：

①特異性識別試驗1

先用熒光分光光度計測量TPP-CN熒光試劑的初始熒光強度I₀，然后取3mL的TPP-CN熒光試劑，分別加入30nmol的陰離子氟離子、氯離子、醋酸根離子、磷酸二氫根離子、亞硫酸氫離子、氰離子、溴離子、碘離子、亞硫酸離子、硝酸根離子和硫酸根離子；測量加入陰離子后TPP-CN熒光試劑熒光強度I，由測量結果可知，TPP-CN熒光試劑對氰離子具有特異性熒光強度猝滅，而對其他陰離子均無明顯變化。

②特異性識別試驗2

先用熒光分光光度計測量TPP-CN熒光試劑的初始熒光強度I₀，然后取3mL的TPP-CN熒光試劑，分別加入30nmol的氰離子，氟離子、氯離子、溴離子、碘離子、磷酸二氫根離子、亞硫酸氰根離子、亞硫酸離子、醋酸根離子、硝酸根離子、硫酸根離子與30nmol氰離子的混合離子，測量加入陰離子后TPP-CN熒光試劑熒光強度I，由測量結果可知，TPP-CN熒光試劑對氰離子具有特異性熒光響應，且該熒光響應不受其他離子的影響。

③檢出時間試驗

取3mL的TPP-CN熒光試劑，首先用熒光分光光度計測量其初始熒光熒光強度I₀，然后向TPP-CN熒光試劑中加入30nmol的氰離子，立刻測其熒光強度，隨后在每隔10s測量一次TPP-CN熒光試劑的熒光強度，由測量結果可知，TPP-CN熒光試劑對于氰離子的檢測非常快捷，在130s后各發(fā)光強度都幾乎不再變化，即檢出時間為130s。

④定量檢測試驗

將20μmol氰離子分次加入3mL的TPP-CN熒光試劑中，每次加入氰離子為20nmol，用熒光分光光度計測量TPP-CN熒光試劑的初始熒光強度及每次加入氰離子后的熒光強度，由測量結果可知，隨著氰離子濃度的增加，TPP-CN熒光試劑在597nm的發(fā)光強度逐漸降低，而在433nm處熒光逐漸增強，即發(fā)生明顯的“藍移”。取不同濃度的氰離子對應的熒光強度最高的點與對應的氰離子濃度作圖，可知，氰離子濃度為0.2～2μM與4～20μM時，在597nm處與433nm處的熒光強度分別有較好的線性關系，其中，在597nm處，線性方程為：Y＝1.0394-0.28329X，R²＝0.99076；在433nm處，線性方程為與Y＝0.57313+0.02195X，R²＝0.99275；其中，X表示氰離子濃度，Y表示熒光強度猝滅/增長倍數(shù)，R代表線性相關度。將所述線性方程作為標準方程，根據(jù)該標準方程，可實現(xiàn)快速的檢測水體中的氰離子濃度。

⑤水體中檢測實驗

分別向3ml濃度為20μM的TPP-CN熒光試劑中加入不同量的氰離子后，熒光試劑的熒光強度與與熒光顏色隨氰離子含量發(fā)生明顯的變化，即在紫外光下，隨著加入氰離子含量的增加，能夠觀察到明顯的紅色的熒光強度逐漸猝滅并隨氰離子加入量的增加出現(xiàn)新的藍色，而藍色的熒光強度隨著氰離子濃度的增加逐漸增強，即出現(xiàn)了明顯的熒光淬滅和顏色藍移，實現(xiàn)雙重響應。其中，加入氰離子濃度分別為0μM，1μM，5μM，10μM，20μM。

本發(fā)明包括但不限于以上實施例，凡是在本發(fā)明精神的原則之下進行的任何等同替換或局部改進，都將視為在本發(fā)明的保護范圍之內。