羅丹明類探針R6GHA熒光法測定汞離子的研究

梁東磊 ,王大鵬

（合肥工業大學化學與化工學院，安徽合肥230009）

Hg2+是一種廣泛存在于水體等自然環境中的有毒重金屬離子之一，易于通過水生生物的富集，再經食物鏈傳遞損害人和各種生物的健康[1-2]，因而Hg2+的檢測技術廣受關注[3-4]，其中，熒光分析法因為探測準確、選擇性高、反應靈敏等優點，成為Hg2+痕量檢測研究的熱點領域[5-6]。目前，已經報道的Hg2+熒光探針包括共軛聚合物[7-9]、納米顆粒[10-12]、生物分子[13-15]等，其研究重點在于如何進一步提高探針的靈敏性、準確性和操作便利性[15-17]。本文制備羅丹明類熒光探針R6GHA，采用熒光光譜檢測其在不同環境下的熒光發射。研究表明,R6GHA對Hg2+和pH值具有熒光發射，尤其是對于Hg2+具有選擇性熒光發射，并實現其分析應用價值。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

F-4600型熒光分光光度計（日本東京日立高新技術公司）；磁力加熱攪拌器；羅丹明6G（阿拉丁試劑有限公司）；丙烯酰氯和2-羧基苯甲醛（阿達馬斯試劑）；水合肼、醋酸、二氯甲烷、四氫呋喃和1,4-二噁烷（國藥集團化學試劑有限公司）。所有試劑和溶劑均為分析純。實驗用水為自制去離子水。

1.2 R6GHA的合成

稱取2.4 g（5 mmol）羅丹明6G，溶于60 mL乙醇中，磁力攪拌下，逐漸滴入8 mL質量濃度為80%的水合肼水溶液，之后，反應物加熱回流3 h，將反應物分離，收集過濾物，用乙醇洗滌，在常溫下隔絕空氣去除水分，得粉紅色的R6GH粉末。

稱 取 0.4 g（1 mmol）R6GH 和 0.15 g（1 mmol）2- 羧基苯甲醛溶于30 mL甲醇中，加入3滴醋酸，加熱使溶液沸騰。攪拌2 h后，將反應物過濾，收集白色沉淀物，用甲醇/乙醚（1∶1）洗滌，室溫下真空干燥，得淡黃色粉末。

稱取1.8 g（1.5 mmol）上述淡黃色粉末溶于30 mL無水二氯甲烷中，滴加21μL（1.5 mmol）三乙胺，在冰浴中用磁子攪動混合，逐滴加入溶有122μL（1.5 mmol）丙烯酰氯的20 mL二氯甲烷溶液，滴加時間約1 h。繼續反應2 h后，轉移至30℃水浴中并在氮氣保護下反應20 h。旋轉蒸發后得紅色固體，將其通過硅膠柱分離（乙酸乙酯∶石油醚=6∶1作洗脫液，添加0.5%三乙胺），旋干，得淡粉色粉末R6GHA。反應過程示意圖見圖1。

2 結果與討論

2.1 R6GHA對離子的選擇性及裸眼識別

為探討不同金屬離子對R6GHA的影響，分別選擇Hg2+、Cu2+、Pb2+、Ca2、Zn2+、Ag+和 Na+等金屬離子為研究對象，在pH=7的條件下測定了不同金屬離子對R6GHA熒光發射的影響，結果見圖2。從圖2（a）可以看出，在595 nm激發光作用下，Hg2+對R6GHA的發射峰有顯著影響，Cu2+有較小影響，這是由于Cu2+的d9電子層對R6GHA產生一定的淬滅熒光所致[18]，而其他離子對其熒光發射幾乎無影響。圖2（b）是R6GHA在不同金屬離子存在下熒光強度的變化情況。可以看出，Hg2+對R6GHA的熒光發射影響最大。這表明R6GHA的熒光發射對Hg2+有選擇性響應。

圖1 R6GHA合成示意圖

圖2 不同金屬離子對R6GHA熒光發射的影響

R6GHA可以與Hg2+通過內酰胺鍵形成配合，從而可以作為Hg2+的選擇性熒光探針，其機理如圖3所示，R6GHA在595 nm處有極弱的發射峰，這是由于痕量功能存在開環形式所發出的熒光發射所致。在該溶液中加入Hg2+后，R6GHA在595 nm處產生明顯增強的熒光發射，說明R6GHA對Hg2+具有熒光發射響應。

圖3 Hg2+誘導R6GHA開環示意圖

2.2 不同汞離子濃度對R6GHA的影響

圖4（a）是在不同Hg2+濃度條件下R6GHA的熒光光譜。在Hg2+濃度為0時，基本觀察不到R6GHA的熒光發射，這表明在沒有Hg2+存在的條件下，內酰胺鍵處于閉環狀態；然而，隨著Hg2+濃度逐漸提高，R6GHA在汞離子的誘導下逐漸開環產生了熒光效應。圖4（b）是在上述熒光光譜中595 nm處熒光強度與汞離子濃度變化的關系。由圖4（b）可見，隨著汞離子濃度的提高，R6GHA的熒光強度逐漸增強。

圖4 不同汞離子濃度對R6GHA的影響

2.3 R6GHA對汞離子的檢出限

圖5為F/F0與Hg2+濃度[Hg2+]的關系圖，其中F0和F分別表示R6GHA（濃度=10-5mol/L）在汞離子加入前后的熒光強度。結果表明，在0μM～160μM（R2=0.92372）濃度范圍內，R6GHA與汞離子濃度體現出良好的正相關關系。熒光強度的變化與汞離子濃度之間的函數關系可以用下式表示：

檢測下限[19]是通過熒光的滴定數據再通過方程式的推算來獲取。根據實驗數據，得到的圖5中線性擬合曲線與橫坐標交點，縱坐標為零時即為檢測下限。通過計算后，其檢出限為2.33×10-6mol/L。

圖5 熒光強度比值（F/F0）與Hg2+濃度關系

2.4 pH的影響

圖6（a）給出了不同pH值下R6GHA的熒光光譜圖。結果表明，在pH=7的水溶液中，未檢出R6GHA在579 nm處的熒光發射峰，這表明中性條件下R6GHA未產生內酰胺鍵開環。隨著體系酸性逐步增強，PL光譜中出現了R6GHA的熒光特征發射峰，且發射峰隨著pH值而變化。圖6（b）為熒光光譜中595 nm發射峰強度與pH值的關系曲線圖。由圖可以看出，在595 nm處熒光強度隨著酸性強度增加而升高，在酸性溶液中，R6GHA的內酰胺鍵中的羰基可被H+活化，并導致內酰胺鍵開環，產生熒光發射[20]，如圖7所示。

3 結論

本研究制備了一種以羅丹明6G為原料的熒光探針R6GHA。根據其結構中內酰胺鍵受到Hg2+的誘導，熒光發射強度發生變化的原理，構建Hg2+的熒光探針。測定在不同環境下的熒光光譜，R6GHA表現出對Hg2+有著良好的選擇性、高度的靈敏性以及可裸眼識別的特點。本方法有望實現對水樣中Hg2+的檢測，具有潛在的應用前景。

圖6 不同pH值下R6GHA的熒光光譜圖

圖7 pH誘導R6GHA開環示意圖