一種方便快捷的檢測Ca2+的光化學傳感器

蘇靜，高巍，王璟琳

（長治學院 化學系,山西 長治 046011）

一種方便快捷的檢測Ca2+的光化學傳感器

蘇靜，高巍，王璟琳

（長治學院 化學系,山西 長治 046011）

相較于其他離子，用方便快捷的方法檢測Ca2+的探針分子報道還不是很多。文章合成了一種紫外上對Ca2+有特異性響應的探針分子2-萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮。檢測濃度下探針在DMF溶劑中為近乎無色，當體系中存在Ca2+時變為粉紅色，可以方便快捷的通過裸眼實現對Ca2+的識別。

傳感器；紫外可見光譜；Ca2+

1 引言

鈣是人體中不可缺少的重要元素，鈣離子作為許多金屬酶和蛋白的結構輔因子，具有電子傳遞、清除體內超氧負離子和運載氧的作用[1]。生命體系中存在大量的鈣調蛋白，自然環境中也存在大量含鈣礦物質。同時鈣離子在維持細胞運動收縮體系與細胞形狀[2-3]，糖原的代謝，神經遞質的合成與釋放[4]，細胞分裂以及核酸代謝[5]等生理活動中都起著重要的作用。其含量的變化對這些含鈣的微環境具有一定的影響，過多或者過少都有可能對體系造成較嚴重的后果[6]。

近年來，許多研究相繼合成了一些識別鈣離子的化學傳感器，但相對于其他離子傳感來說，Ca2+無論從種類還是數量上而言都不是很多，因此，開發新型的特異性識別Ca2+的傳感器很有意義。

文章合成了一種能夠方便快捷識別鈣離子的光化學傳感器，該傳感分子能夠實現在DMF溶劑中對Ca2+的特異性裸眼識別，通過觀察溶液的顏色，我們就可以大致判斷Ca2+的含量。該溶液對鈣離子有較高的親和力且對pH不敏感，為鈣離子的定量檢測提供一種新方法。

2 實驗部分

2.1 實驗儀器和試劑

Beta-萘酚、三氯氧磷、1,3-茚滿二酮、DMF、甲醇均為分析純試劑。

Hitachi U-3900紫外可見分光光度計，紅外光譜儀。

2.22 -萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的合成反應機理如圖2所示。

圖1 2-萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的合成路線

圖2 合成2-萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的反應機理

在50 mL三角燒瓶中加入0.2580 g(1.5 mmol) 2-羥基-1-萘甲醛,0.1460 g(1.0mmol),1,3-茚滿二酮，20 mL的甲醇，振蕩使之完全溶解后滴加2滴哌啶，室溫下磁力攪拌3h后有磚紅色沉淀產生，再繼續攪拌2 h，用旋轉蒸發儀蒸出多余的甲醇，抽濾，真空干燥，得到磚紅色固體，命名為L，稱量，產物為0.2081 g，產率68.0%，熔點：140.8～142.6℃。

圖3 2-萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的紅外光譜圖

在3500～500 cm-1范圍內的色譜，對合成的2-萘酚-1-基甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的紅外光譜吸收峰進行了歸屬，如圖3所示。在波數為1713.56 cm-1處有吸收峰，表明有C=O存在，1621.17 cm-1的峰是C=C鍵的伸縮振動產生的，表明有C=C存在，3421.18 cm-1的峰是O-H鍵的伸縮振動產生的，表明有O-H存在，苯環碳骨架伸縮振動的特征峰1406.18 cm-1；1457.13 cm-1；1528.74 cm-1(苯環骨架振動)，表明有苯環存在。

3 結果與分析

3.1 紫外滴定光譜

圖4 探針分子L對Ca2+的紫外-可見滴定光譜

將20 μL濃度為6.0×10-3mol·L-1的2-萘酚-1-基甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮溶液加入到盛有2 mL甲醇的石英比色皿中，然后逐漸滴加4.0× 10-2mol·L-1的Ca2+溶液，從滴定曲線可以看出，隨著溶液中Ca2+濃度的增大，在500～580 nm處出現一個較寬的吸收峰并逐漸增強。當體系中Ca2+的濃度達到1.4×10-1mol·L-1時吸收峰的強度不再改變，體系的顏色伴隨著Ca2+的加入從無色變為淺紅色，這一變化可能是由于Ca2+與2-萘酚-1-基甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的電荷轉移所致。

3.2 離子選擇性實驗

圖5 不同金屬離子加入L體系前后550 nm吸光度的變化圖

為了考察L對Ca2+響應的選擇性，本研究設計了陽離子的選擇性實驗。在滴定實驗的條件下，選取550 nm處，加入金屬離子之前體系的吸光度A0與加入金屬離子之后體系吸光度A之差為縱坐標，各離子為橫坐標做柱狀圖，很容易發現，該體系對Ca2+具有很好的選擇性。

3.3 響應機制

圖9 探針分子對Ca2+響應機制

在配體溶液中，每次滴加5μL的Ca2+標準溶液后，隨著Ca2+的濃度的增大，在313 nm和337 nm處有兩個等吸收點，表明形成了具有紫外活性的穩定配合物。由紫外光譜圖可以看到吸光度增強，形成了配位鍵，表明產生了相應的金屬到配體的躍遷，由Ca2+滴定配體L的滴定曲線圖(圖4)可以看出金屬離子與配體之間形成了穩定配合物。

4 結論

文章設計了一種能夠通過裸眼方便快捷的檢測Ca2+的光化學傳感器，該探針分子在體系中加入Ca2+以后，體系的紫外可見吸收光譜紅移，相應的體系的顏色從無色轉變為粉紅色，可以很方便的觀察體系中是否含有Ca2+，為Ca2+的識別和檢測提供了一種新的方便快捷的手段。

參考文獻：

［1］IsaadJ,AchariAE.Biosourced3-formylchromenyl -azodyeasMichaelacceptortypeofchemodosimeter for cyanideinaqueousenvironment［J］.Tetrahedron, 2011,67:5678-5685.

［2］Pierre BataiIIar,Francoise Cardies,et al.Direct DetectionofImmunospeciesbyCapacitance Measur-ements［J］.Anal.Chem,1988,60: 2374-2379.

［3］Daubechies I.The waveiet transform time

freguency iocaiization ancsignai anaiysis［J］.IEEE Trans（Information Theory),1990,36:961-1004.

［4］Mirsky V M,Mass M,Krause C.Otto S Capacitive Approach to Determine Phospholipase A［J］.Activity toward Artificial and Natural Substrates,1998,48(17):356-366.

［5］Kim G-J,Kim H-J.Coumarinyl aldehyde as a Michaelacceptortypeofcolorimetricand fluorescentprobeforcyanideinwater［J］. Tetrahedron Lett,2010,51:2914-2926.

［6］Lou X,Qin J,Li Z.Colorimetric cyanide detection using an azobenzene acid inaqueous solutions［J］.Analyst,2009,134:2071-2085.

Su Jing，Gao Wei，Wang Jing-lin
（Department of Chemistry,Changzhi University,Changzhi ShanXi,046011）

（責任編輯 周成勇）

O62

A

1673-2015（2015）05-0013-04

長治學院科研課題（2013206）；國家級大學生創新創業訓練項目（201410122004）。

2015—06—13

蘇靜（1984—）女，內蒙古呼和浩特人，碩士，助理實驗師，主要從事無機化學教學與研究。