一種簡單的可比色識別焦磷酸根的化學傳感體系

岳　攀，扶雄輝

(暨南大學化學系，廣東 廣州 510632)

?

一種簡單的可比色識別焦磷酸根的化學傳感體系

岳攀，扶雄輝

(暨南大學化學系，廣東 廣州 510632)

摘要：鄰苯二酚紫、銅離子與鄰二氮菲能形成一種三元絡合物，構成一種簡單的化學傳感體系。該體系能夠選擇性識別水溶液中的焦磷酸根(PPi)，PPi的加入會引起溶液顏色由綠到黃的變化。PPi的紫外滴定實驗表明，698 nm處的吸光度與PPi濃度在9～54 μmol·L-1范圍內具有良好的線性關系(R=0.9902)，檢出限為2.15 μmol·L-1。陰離子競爭實驗表明，該識別過程具有較強的抗干擾性，其它陰離子)的過量存在基本不影響PPi的識別。

關鍵詞：焦磷酸根；比色識別；指示劑置換；化學傳感體系

近年來，基于指示劑置換策略設計的金屬絡合物探針備受關注，此過程是通過被測物、指示劑與受體金屬絡合物的競爭絡合來實現的[5]。鄰苯二酚紫(PV)是一種廣泛使用的指示劑，在絡合與游離狀態時顏色變化顯著，可以裸眼觀察到識別過程。1,10-鄰菲啰啉，又稱鄰二氮菲(Phen)，是一種很強的螯合劑，能與多種金屬離子形成穩定的絡合物。據報道，Cu2+、Phen和PV能形成三元絡合物[6]，同時也有關于PPi-Cu-Phen絡合物的報道[7]。基于指示劑置換策略，作者在此研究了PV-Cu-Phen體系對PPi的識別作用，判斷其是否能構成一個識別PPi的化學傳感體系。

1實驗

1.1試劑與儀器

4-羥乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)，鄰二氮菲(Phen)，鄰苯二酚紫(PV)，硝酸銅，陰離子鹽均為鈉鹽。所有試劑與溶劑均為分析純，所用水為超純水。

Cary5000型紫外可見分光光度計，Varian公司；雷磁PHS-3C型pH計，上海儀電科學儀器股份有限公司；miiner-v2.0型超純水機，銳思捷科學儀器有限公司。

1.2溶液配制

4-羥乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)緩沖溶液：配成200mmol·L-1的水溶液，用0.1mol·L-1的NaOH調pH值至7。

鄰二氮菲(Phen)溶液：用體積比1∶4的乙醇-水配成10mmol·L-1的Phen母液，再用超純水稀釋成1mmol·L-1溶液。

硝酸銅溶液、鄰苯二酚紫(PV)溶液、陰離子溶液均用超純水配成10mmol·L-1的母液，再取部分稀釋成1mmol·L-1溶液。

1.3測試方法

依次用移液槍量取所需溶液于1cm石英比色皿中，用移液槍輕輕吹打混勻，加入一定體積的超純水定容至2.5mL，在室溫下作用7～8min后用紫外可見分光光度計測試350～800nm的吸光度。紫外滴定實驗采取濃度梯度增大的方式進行。所有測試均在pH值為7的10mmol·L-1HEPES緩沖溶液中進行。

2結果與討論

2.1吸收光譜

濃度為50μmol·L-1的不同組分在HEPES緩沖溶液中的吸收光譜如圖1所示。

圖1　不同組分的吸收光譜

由圖1可看出，PV溶液在波長600 nm、444 nm處均有吸收峰，其中444 nm處有最大吸收峰；PV-Phen混合液的吸收曲線幾乎與PV溶液一致，表明PV與Phen不發生作用；PV-Cu混合液只在623 nm處有最大吸收峰，表明PV與Cu2+形成了絡合物；Cu-Phen混合液在測試波長范圍內基本無吸收，但當PV、Cu2+和Phen同時存在時，體系在698 nm處有最大吸收峰，表明PV、Cu2+和Phen三者間形成了新的絡合物。

2.2滴定實驗

2.2.1Cu-Phen對PV的紫外滴定實驗

為了研究PV、Cu2+和Phen三者間的作用情況，進行了Cu-Phen對PV的滴定實驗。在HEPES緩沖溶液中，往50 μmol·L-1的PV溶液中慢慢加入物質的量比為1∶1的不同濃度的Cu-Phen混合液，分別測定紫外滴定曲線，結果見圖2。

1～17.[Cu-Phen](μmol·L-1):0,5,10,12.5,17.5,22.5,

由圖2可看出，隨著Cu-Phen濃度的增大，PV在444 nm處的吸收峰強度逐漸減弱，在698 nm處的吸收峰強度逐漸增強，表明生成了新的絡合物；當Cu-Phen濃度增大到約50 μmol·L-1，即與PV物質的量比為1∶1時，吸光度達到最大，繼續增大Cu-Phen溶液濃度，吸光度基本不變，表明PV與Cu-Phen間的絡合比為1∶1。

同樣條件下往PV-Phen混合液中逐漸加入Cu2+并測定相應的紫外滴定曲線，發現當Cu2+濃度增大到50 μmol·L-1后吸收曲線基本無變化。表明PV、Cu2+和Phen間的絡合比為1∶1∶1。后續實驗中若無特殊說明，三者的濃度均為50 μmol·L-1。

2.2.2PPi對PV-Cu-Phen的紫外滴定實驗

當往PV-Cu-Phen三元體系中逐漸加入PPi溶液時，吸收光譜發生了相反的變化(圖3)：698 nm處的吸收峰強度逐漸減弱，444 nm處的吸收峰強度逐漸增強；當PPi濃度增大到100 μmol·L-1時，吸收曲線趨于穩定，基本恢復了PV的吸收曲線，溶液顏色也由綠色變為黃色，表明PPi能夠將指示劑PV從傳感體系PV-Cu-Phen中置換出來。

1～14.[PPi](μmol·L-1)：0,9,18,24,

2.3對陰離子的識別

1～16.PV，PV+Cu，PV+Cu+Phen，3+F-，3+Cl-，3+Br-，

圖4PV-Cu-Phen加入不同陰離子后的吸收光譜

Fig.4 The absorption spectra of PV-Cu-Phen

with addition of different anions

由圖4可看出，當加入其余12種陰離子時吸收曲線只發生了輕微的變化；而當加入同樣濃度的PPi時，體系在698 nm處的吸收峰強度顯著減弱，在444 nm處的吸收峰強度顯著增強。表明該傳感體系對PPi的識別具有很好的選擇性。

對比PV在不同條件下的顏色也能得出相同的結論。在測試條件下PV溶液本身為黃色；當Cu2+存在時形成了二元絡合物，溶液為藍色；當Cu2+、Phen同時存在時，形成了新的三元絡合物，溶液為綠色。當往PV-Cu-Phen三元體系中加入不同陰離子時，只有PPi能引起顏色的變化，恢復到PV的黃色。表明PV-Cu-Phen體系能夠選擇性識別PPi。

2.4陰離子競爭實驗

為了研究PV-Cu-Phen傳感體系對PPi的識別是否受其它共存陰離子的干擾，進行了陰離子競爭實驗，結果如圖5所示。

圖5　在不同競爭離子存在下PV-Cu-Phen

由圖5可看出，加入PPi后，體系的吸光度均顯著降低，與單獨加入100 μmol·L-1PPi接近。表明PV-Cu-Phen傳感體系對PPi的識別具有較強的抗干擾性，基本不受其它陰離子影響。

2.5檢出限的計算

將PPi滴定實驗中698 nm處的吸光度變化值(ΔA)對PPi濃度作圖，并進行線性擬合。結果發現，ΔA與PPi濃度在9～54 μmol·L-1范圍內具有良好的線性關系(R=0.9902)。平行測定空白溶液12次并計算標準偏差σ，按3σ/k(k為線性方程的斜率)計算出PPi的檢出限為2.15 μmol·L-1。

3結論

將Cu2+、Phen和PV在水溶液中按物質的量比1∶1∶1混合，構筑了一種簡單的化學傳感體系，紫外監測該體系在pH值為7的10 mmol·L-1HEPES緩沖溶液中能夠高選擇性地識別PPi，檢出限為2.15 μmol·L-1。該體系操作簡便、原料易得、識別過程具有較強的抗干擾性，并且能裸眼觀察到體系顏色的變化，檢出限低，可用于檢測微量PPi。

參考文獻：

[1]AOKI S,KIMURA E.Recent progress in artificial receptors for phosphate anions in aqueous solution[J].Journal of Biotechnology,2002,90(2):129-155.

[2]DOHERTY M,BELCHER C,REGAN M,et al.Association between synovial fluid levels of inorganic pyrophosphate and short term radiographic outcome of knee osteoarthritis[J].Annals of the Rheumatic Diseases,1996,55(7)：432-436.

[3]TIMMS A E,ZHANG Y,RUSSELL R G G,et al.Genetic studies of disorders of calcium crystal deposition[J].Rheumatology,2002,41(7)：725-729.

[4]RONAGHI M,KARAMOHAMED S,PETTE-RSSON B,et al.Real-time DNA sequencing using detection of pyrophosphate release[J].Analytical Biochemistry,1996,242(1)：84-89.

[5]FABBRIZZI L,MARCOTTE N,STOMEO F,et al.Pyrophosphate detection in water by fluorescence competition assays：Inducing selectivity through the choice of the indicator[J].Angewandte Chemie International Edition,2002,41(20)：3811-3814.

[6]OTOMO M.Mixed ligand complexes formed with copper(Ⅱ)-1,10-phenanthroline complex and some bidentate ligands[J].Analytica Chimica Acta,1972,61(3)：487-489.

[7]NADIA M,VORTHERMS A R,HOFFMAN A E,et al.Expanding monomeric pyrophosphate complexes beyond platinum[J].Inorganic Chemistry,2010,49(15)：6790-6792.

A Simple Chemosensing Ensemble for Colorimetric Recognition of Pyrophosphate

YUE Pan,FU Xiong-hui

(DepartmentofChemistry,JinanUniversity,Guangzhou510632,China)

Abstract：A ternary complex formed by pyrocatechol,copper ions and phenanthroline violet was used to construct a simple chemosensing ensemble.The ensemble showed high selective recognition to pyrophosphate(PPi),with a noticeable color change from green to yellow.UV-Vis Titration data of PPi indicated that the absorbance at 698 nm was proportional to PPi concentration in the range of 9～54 μmol·L-1(R=0.9902),whilst the detection limit was 2.15 μmol·L-1.The anion competitive experiments revealed that the ensemble displayed a better anti-interference ability,but other anions such as did not affect PPi recognition process.

Keywords：pyrophosphate;colorimetric recognition;indicator displacement;chemosensing ensemble

中圖分類號：O 657.3

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5425(2016)04-0059-03

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.04.015

作者簡介：岳攀(1989-)，女，江西豐城人，碩士研究生，助理實驗師，研究方向：離子識別，E-mail：tyuepan@jnu.edu.cn。

收稿日期：2015-12-26

基金項目：中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(21614334)