基于芘的熒光探針在銻離子檢測(cè)中的應(yīng)用

摘" 要： 為簡(jiǎn)便、高效檢測(cè)水環(huán)境中的Sb（Ⅲ），以芘為熒光生色團(tuán)，設(shè)計(jì)合成小分子熒光探針Py-P，并證實(shí)Py-P的化學(xué)結(jié)構(gòu)；測(cè)試Py-P的熱穩(wěn)定性、溶劑穩(wěn)定性和機(jī)械力穩(wěn)定性，并分析Py-P在二甲基亞砜（DMSO）-H2O混合體系中的發(fā)光行為及其對(duì)Sb（Ⅲ）的熒光檢測(cè)效果。結(jié)果表明：Py-P具有較好的熱穩(wěn)定性，且在不同有機(jī)溶劑中、不同機(jī)械力作用下，均可保持穩(wěn)定的發(fā)光性能；在DMSO-H2O混合體系中，Py-P呈現(xiàn)出二聚體發(fā)光性能；當(dāng)體系水含量為70%、Py-P濃度為50 μmol/L時(shí)，在Sb（Ⅲ）與Py-P功能基團(tuán)絡(luò)合作用的促進(jìn)下，Py-P對(duì)Sb（Ⅲ）具有最佳的熒光增強(qiáng)檢測(cè)效果，熒光增強(qiáng)倍數(shù)最高可達(dá)12.55，檢測(cè)限低至1.29 μmol/L，且檢測(cè)過(guò)程不受其他常見(jiàn)金屬離子的干擾，具有較好的專一性和選擇性。該研究可為Sb（Ⅲ）檢測(cè)熒光探針的開(kāi)發(fā)提供一定的技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞： 芘；二聚體熒光；Sb（Ⅲ）檢測(cè)；熒光增強(qiáng)；絡(luò)合作用

中圖分類號(hào)： X791

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)： 1673-3851 （2024） 04-0482-10

DOI：10.3969/j.issn.1673-3851（n）.2024.04.008

收稿日期： 2023-12-24" 網(wǎng)絡(luò)出版日期：2024-04-12網(wǎng)絡(luò)出版日期

基金項(xiàng)目： 浙江理工大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)“青年創(chuàng)新專項(xiàng)”（23202113-Y）

作者簡(jiǎn)介： 盛" 凱（1998—" ），男，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，碩士研究生，主要從事印染廢水處理方面的研究。

通信作者： 王懿佳，E-mail：wangyijia@zstu.edu.cn

引文格式：盛凱，王懿佳，吳明華，等. 基于芘的熒光探針在銻離子檢測(cè)中的應(yīng)用［J］. 浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)），2024，51（4）：482-491.

Reference Format： SHENG Kai， WANG Yijia， WU Minghua， et al. The application of a pyrene-based fluorescent probe in antimony detection［J］. Journal of Zhejiang Sci-Tech University，2024，51（4）：482-491.

The application of a pyrene-based fluorescent probe in antimony detection

SHENG Kaia， WANG Yijiab，c，d， WU Minghuab，c，d， WANG Lilib，c，d， YU Deyoub，c，d

（a.College of Textile Science and Engineering （International Institute of Silk）; b.Engineering Research Center for Eco-Dyeing amp; Finishing of Textiles， Ministry of Education; c.Key Laboratory of Advanced Textile Materials and Manufacturing Technology， Ministry of Education; d.Zhejiang Provincial Engineering Research Center for Green and Low-Carbon Dyeing amp; Finishing， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）

Abstract： Py-P， a simple fluorescent probe， was designed and synthesized by using pyrene as fluorogen to achieve the simple and efficient detection of Sb（Ⅲ）. The chemical structure of Py-P was confirmed， its thermal stability， solvent stability， and mechanical stability were tested， its fluorescent property in the mixtures of DMSO and H2O were characterized， and its fluorescent response to Sb（Ⅲ） was investigated. The results showed that， Py-P presented good thermal stability， and its luminescence performance could be maintained in different organic solvents as well as under mechanical forces. In the mixtures of DMSO and H2O， Py-P could emit excimer fluorescence. When the water fraction of the mixture was 70%， and the concentration of Py-P was 50 μmol/L， Py-P displayed the optimal enhanced fluorescent response to Sb（Ⅲ） owing to the coordination between Sb （Ⅲ） and the functional group of Py-P， with the highest emission enhancement reaching 12.55， and the lowest detection limit being 1.29 μmol/L. What′s more， the detection process was not influenced by other kind of cations， indicating its good selectivity and specificity. This study can provide some technical reference for the development of fluorescence probes for Sb（Ⅲ） detection.

Key words： pyrene; dimer fluorescence; Sb（Ⅲ） detection; fluorescent enhancement; coordination

0" 引" 言

銻及其化合物作為催化劑和整理助劑在聚酯制備和聚酯整理等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［1-4］。然而，三價(jià)銻離子Sb（Ⅲ）是一種有毒的金屬離子，在染整過(guò)程中隨印染廢水排放到自然水體中，對(duì)水污染的控制和治理帶來(lái)了挑戰(zhàn)［5-6］。據(jù)中國(guó)工業(yè)廢水的排放要求，Sb（Ⅲ）的排放濃度上限為0.005 mg/L，水體中過(guò)高濃度的Sb（Ⅲ）會(huì)嚴(yán)重危害周邊生物的生命健康［7-8］。因此，實(shí)現(xiàn)Sb（Ⅲ）濃度的有效檢測(cè)，對(duì)控制印染廢水Sb（Ⅲ）污染、保障生態(tài)環(huán)境具有重大意義。

目前，已報(bào)道的氫化物/蒸氣發(fā)生原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、極譜法等方法均具有較好的Sb（Ⅲ）檢測(cè)效果，可實(shí)現(xiàn)對(duì)低濃度Sb（Ⅲ）的靈敏檢測(cè)［9-12］。然而，這些測(cè)試方法均需使用大型儀器，在Sb（Ⅲ）的實(shí)際檢測(cè)中存在一定的局限性，如測(cè)試價(jià)格昂貴、測(cè)試步驟繁瑣、無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)Sb（Ⅲ）的實(shí)時(shí)檢測(cè)等。近年來(lái)，熒光法作為一種新興的檢測(cè)方法，具有靈敏度高、選擇性好、可實(shí)現(xiàn)可視化檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)［13-14］，已被逐漸應(yīng)用于Sb（Ⅲ）的檢測(cè)中。

Sb（Ⅲ）的熒光檢測(cè)通過(guò)熒光檢測(cè)材料實(shí)現(xiàn)，根據(jù)材料的組成和結(jié)構(gòu)可分為熒光復(fù)合材料和小分子熒光探針2類。已報(bào)道的Sb（Ⅲ）檢測(cè)熒光復(fù)合材料有4種，分別為熒光量子點(diǎn)［15］、熒光納米粒子［16］、熒光納米線［17］和綠色熒光蛋白［18］，它們均對(duì)Sb（Ⅲ）具有出色的熒光檢測(cè)效果，但這些材料的結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，制備過(guò)程較為繁瑣、制備周期較長(zhǎng)，在一定程度上限制了應(yīng)用范圍。相比之下，小分子熒光探針結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、更易合成，且同樣具有優(yōu)異的發(fā)光性能，有望在Sb（Ⅲ）的熒光檢測(cè)中實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用。

目前已報(bào)道的小分子Sb（Ⅲ）檢測(cè)熒光探針尚不超過(guò)10種，且它們的Sb（Ⅲ）熒光檢測(cè)效果還有待提升。Wei等［19］和Qureshi等［20］分別報(bào)道了以熒光酮和萘為熒光生色團(tuán)的熒光探針，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Sb（Ⅲ）的熒光檢測(cè)，但它們都是熒光猝滅型探針，檢測(cè)體系的熒光強(qiáng)度隨Sb（Ⅲ）濃度的增加而下降，檢測(cè)靈敏度和可視化效果不佳。Topa-Skwarczyńska等［21］報(bào)道了一種以二苯基吡啶為熒光生色團(tuán)的Sb（Ⅲ）熒光探針，可實(shí)現(xiàn)對(duì)Sb（Ⅲ）的熒光增強(qiáng)型響應(yīng)，但它對(duì)其他金屬離子同樣存在熒光響應(yīng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)Sb（Ⅲ）檢測(cè)的專一性。本課題組在前期工作中，報(bào)道了一種以四苯基乙烯為熒光生色團(tuán)的Sb（Ⅲ）熒光探針，同樣對(duì)Sb（Ⅲ）具有熒光增強(qiáng)型響應(yīng)效果，且表現(xiàn)出較好的檢測(cè)靈敏度和專一性［22］；然而，該熒光探針對(duì)Sb（Ⅲ）的熒光響應(yīng)通過(guò)四苯基乙烯的聚集誘導(dǎo)發(fā)光性能以及熒光探針N、O原子與Sb（Ⅲ）的絡(luò)合作用實(shí)現(xiàn)，在檢測(cè)過(guò)程中，熒光探針的聚集程度不可控，檢測(cè)體系的熒光增強(qiáng)倍數(shù)與Sb（Ⅲ）濃度的線性相關(guān)性不佳，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)Sb（Ⅲ）的定量檢測(cè)。因此，為實(shí)現(xiàn)對(duì)Sb（Ⅲ）的熒光增強(qiáng)型定量檢測(cè)效果，需篩選理想的熒光生色團(tuán)，設(shè)計(jì)合成新的Sb（Ⅲ）檢測(cè)熒光探針。

芘是一種具有特殊二聚體發(fā)光性能的熒光生色團(tuán)，在外界條件驅(qū)動(dòng)下，芘及其衍生物可通過(guò)堆疊的方式形成二聚體，產(chǎn)生二聚體發(fā)光，具有發(fā)光性能穩(wěn)定、聚集過(guò)程可控等優(yōu)點(diǎn)［23］。芘衍生物的單分子發(fā)光行為與二聚體發(fā)光行為存在明顯區(qū)別，通常情況下，芘衍生物的單分子發(fā)光波長(zhǎng)相對(duì)較短，且其發(fā)射峰存在明顯的精細(xì)結(jié)構(gòu)；而其二聚體發(fā)光波長(zhǎng)相對(duì)較長(zhǎng)，且其發(fā)射峰通常為一個(gè)沒(méi)有精細(xì)結(jié)構(gòu)的寬峰［24］。這一差異可借助熒光光譜儀，甚至利用肉眼在紫外燈照射下即可直接觀察，已被廣泛應(yīng)用于重金屬離子的定量熒光檢測(cè)［25-26］。由此可見(jiàn)，以芘為熒光生色團(tuán)，修飾具有Sb（Ⅲ）絡(luò)合性能的功能基團(tuán)，制備Sb（Ⅲ）檢測(cè)熒光探針，有望進(jìn)一步提升Sb（Ⅲ）的熒光檢測(cè)效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)Sb（Ⅲ）的熒光增強(qiáng)型定量檢測(cè)。

本文以芘為熒光生色團(tuán)，采用2-氨基-4-甲基苯酚為功能基團(tuán)，合成熒光探針Py-P。表征Py-P的化學(xué)結(jié)構(gòu)，測(cè)試Py-P的熱穩(wěn)定性、溶劑穩(wěn)定性和機(jī)械力穩(wěn)定性，研究Py-P在DMSO-H2O混合體系中的二聚體發(fā)光性能，并探究它對(duì)Sb（Ⅲ）的熒光檢測(cè)效果。該研究可為開(kāi)發(fā)印染廢水中Sb（Ⅲ）的簡(jiǎn)單、高效檢測(cè)技術(shù)提供一定的參考。

1" 實(shí)驗(yàn)部分

1.1" 材料與儀器

材料：色譜純DMSO購(gòu)自北京百靈威科技有限公司購(gòu)買，1-芘甲醛、2-氨基-4-甲基苯酚、酒石酸銻鉀、乙醇、甲醇、二氯甲烷、四氫呋喃和乙酸乙酯等購(gòu)自上海泰坦科技股份有限公司購(gòu)買。

儀器：核磁共振波譜儀（AVANCE 400M，布魯克科技有限公司）、傅里葉紅外光譜儀（Nicolet Is20，賽默飛世爾科技中國(guó)有限公司）、高分辨質(zhì)譜儀（Q Exactive，賽默飛世爾科技中國(guó)有限公司）、差示掃描量熱儀（DSC，Q200，美國(guó)TA公司）、熱重分析儀（TGA，Q500，美國(guó)TA公司）和熒光分光光度計(jì)（RF-5301PC，日本島津公司）。

1.2" 熒光探針的合成

Py-P的合成路線如圖1所示，具體方法如下：將1.00 g 1-芘甲醛和0.59 g 2-氨基-4-甲基苯酚溶解在50 mL乙醇中，加熱至90 ℃，攪拌3 h，趁熱抽濾，用乙醇洗滌濾渣，45 ℃下真空干燥，得到0.88 g產(chǎn)物。該產(chǎn)物為橙黃色固體，產(chǎn)率60.28%。

1.3" 測(cè)試與表征

1.3.1" 化學(xué)結(jié)構(gòu)表征

以氘代氯仿為溶劑配制1-芘甲醛和Py-P溶液，以氘代DMSO為溶劑配制2-氨基-4-甲基苯酚溶液，采用核磁共振波譜儀測(cè)試樣品的核磁氫譜和核磁碳譜；

以二氯甲烷為溶劑配制1-芘甲醛、2-氨基-4-甲基苯酚和Py-P溶液，分別滴于溴化鉀鹽片中央，烘干溶劑后，采用傅里葉紅外光譜儀測(cè)試樣品的紅外光譜；

以色譜純二氯甲烷為溶液配制Py-P溶液，以ESI為離子源，采用高分辨質(zhì)譜儀測(cè)試樣品的高分辨質(zhì)譜（正離子譜）。

1.3.2" Py-P發(fā)光性能測(cè)試

Py-P液體樣品發(fā)光性能測(cè)試：稱3.30 mg Py-P分子，溶于20 mL色譜純DMSO，得到500 mmol/L Py-P母液。將所得母液與H2O和金屬離子溶液根據(jù)樣品測(cè)試要求按不同比例混合，配制測(cè)試樣，以400 nm為激發(fā)光源，采用熒光分光光度計(jì)測(cè)試樣品的熒光光譜。

Py-P粉末樣品發(fā)光性能測(cè)試：稱50 mg Py-P粉末，在研缽中研磨，得到Py-P的研磨樣品；取30 mg 研磨樣品，用二氯甲烷熏蒸，得到Py-P的溶劑熏蒸樣品。以400 nm為激發(fā)光源，采用熒光分光光度計(jì)測(cè)試Py-P的研磨樣品、Py-P的溶劑熏蒸樣品和未經(jīng)處理的Py-P粉末樣品的熒光光譜。

2" 結(jié)果與討論

2.1" 熒光探針的結(jié)構(gòu)表征

圖2為反應(yīng)原料1-芘甲醛、2-氨基-4-甲基苯酚和產(chǎn)物Py-P的核磁氫譜圖。由圖2（a）可知，原料1-芘甲醛的核磁氫譜中，醛基上氫原子Ha的信號(hào)峰位于10.81 ppm，其余信號(hào)峰均對(duì)應(yīng)于芘基元上的氫原子。由圖2（b）可知，原料2-氨基-4-甲基苯酚的核磁氫譜中，羥基上氫原子Ha的信號(hào)峰位于8.68 ppm，氨基上氫原子Hb的信號(hào)峰位于4.39 ppm，甲基上氫原子Hc的信號(hào)峰位于2.08 ppm，其余信號(hào)峰均對(duì)應(yīng)于苯環(huán)上的氫原子。由圖2（c）可知，產(chǎn)物Py-P的核磁氫譜中，原料1-芘甲醛醛基上的氫原子和原料2-氨基-4-甲基苯酚氨基上的氫原子所對(duì)應(yīng)的信號(hào)峰消失，說(shuō)明產(chǎn)物中沒(méi)有未反應(yīng)的原料存在；在化學(xué)位移為9.64 ppm處出現(xiàn)了對(duì)應(yīng)于—CHN—鍵中氫原子Ha的信號(hào)峰，說(shuō)明兩種原料通過(guò)醛基與氨基發(fā)生了席夫堿反應(yīng)。圖2（c）中，化學(xué)位移為8.80～8.77、8.73～8.70、8.22～8.10 ppm和8.06～8.00 ppm的4組信號(hào)峰分別對(duì)應(yīng)于Py-P芘基元上的氫原子Hb、Hc、Hd和He；化學(xué)位移為7.28～7.26、7.07～7.05、7.00～6.96 ppm的3組信號(hào)峰分別對(duì)應(yīng)于Py-P功能基團(tuán)苯環(huán)結(jié)構(gòu)上的氫原子Hf、Hg、Hh，化學(xué)位移為2.39 ppm的信號(hào)峰對(duì)應(yīng)于Py-P甲基上的氫原子Hi，化學(xué)位移為1.58 ppm的信號(hào)峰對(duì)應(yīng)于Py-P羥基的氫原子Hj。經(jīng)積分處理，對(duì)應(yīng)于Ha～Hj的信號(hào)峰的積分面積的比例為1.00∶0.99∶0.99∶5.00∶2.10∶0.96∶0.96∶2.96∶0.90，符合Py-P分子結(jié)構(gòu)中相應(yīng)氫原子個(gè)數(shù)的比例。除了星號(hào)標(biāo)識(shí)的溶劑信號(hào)峰之外，產(chǎn)物的核磁譜圖中所有信號(hào)峰均可與Py-P分子結(jié)構(gòu)中的氫原子對(duì)應(yīng)，且沒(méi)有其他信號(hào)峰的出現(xiàn)，證明了Py-P的純度以及結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確性。

圖3為產(chǎn)物Py-P在氘代氯仿中的核磁碳譜圖。從圖3中可以看出，分子結(jié)構(gòu)中—CHN—鍵碳原子Ca的信號(hào)峰出現(xiàn)在154.80 ppm，甲基碳原子Cb的信號(hào)峰位于20.95 ppm，證實(shí)1-芘甲醛與2-氨基-4-甲基苯酚間發(fā)生了席夫堿反應(yīng)，上述信號(hào)峰與Py-P的化學(xué)結(jié)構(gòu)相符，驗(yàn)證了Py-P結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。

圖4為反應(yīng)原料1-芘甲醛、2-氨基-4-甲基苯酚和產(chǎn)物Py-P的紅外光譜圖。原料1-芘甲醛的紅外光譜圖中，位于1680 cm-1處的信號(hào)峰為醛基上碳氧雙鍵的伸縮振動(dòng)峰。原料2-氨基-4-甲基苯酚的紅外光譜圖中，位于3371 cm-1處和3304 cm-1處的信號(hào)峰分別為酚羥基和氨基的伸縮振動(dòng)峰，位于2943 cm-1處的信號(hào)峰甲基的伸縮振動(dòng)峰。產(chǎn)物Py-P的紅外光譜圖中，歸屬于原料的醛基碳氧雙鍵和氨基的伸縮振動(dòng)峰消失，且在1578 cm-1處新出現(xiàn)了歸屬于—CN—鍵的伸縮振動(dòng)峰，證明了產(chǎn)物中席夫堿結(jié)構(gòu)的生成。此外，產(chǎn)物Py-P的紅外光譜中圖，可明顯觀察到歸屬于酚羥基的伸縮振動(dòng)峰（位于3410 cm-1）和甲基的伸縮振動(dòng)峰（位于2921 cm-1），進(jìn)一步證明Py-P合成成功。

為了進(jìn)一步證明熒光探針Py-P化學(xué)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性及其純度，測(cè)試了它的高分辨質(zhì)譜。Py-P的理論分子質(zhì)量為335.13，則在高分辨質(zhì)譜圖（正離子譜）中，其信號(hào)峰應(yīng)位于336.13處。Py-P的高分辨質(zhì)譜（正離子譜）如圖5所示，其中位于336.13760的強(qiáng)信號(hào)峰即為熒光探針Py-P的信號(hào)峰。與Py-P的理論分子質(zhì)量相比，該信號(hào)峰對(duì)應(yīng)的分子質(zhì)量精確到了0.01，進(jìn)一步從分子質(zhì)量的角度證明了所制得熒光探針Py-P的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確性。此外，在該高分辨質(zhì)譜圖中并未觀察到反應(yīng)原料醛基芘的信號(hào)峰（理論上位于231.07）和2-氨基-4-甲基苯酚的信號(hào)峰（理論上位于124.07），也未觀察到其他信號(hào)峰，證明了所制得熒光探針Py-P的高純度。

2.2" 熒光探針的穩(wěn)定性

熒光探針在不同物理化學(xué)環(huán)境下的穩(wěn)定性會(huì)影響其應(yīng)用范圍，因此在進(jìn)行Sb（Ⅲ）熒光檢測(cè)之前，首先分析了Py-P的熱穩(wěn)定性、溶劑穩(wěn)定性和機(jī)械力穩(wěn)定性。Py-P的熱穩(wěn)定性通過(guò)TGA和DSC測(cè)得，結(jié)果如圖6所示。圖6顯示：Py-P的熱熔融溫度為202 ℃，加熱溫度不高于260 ℃時(shí)，Py-P沒(méi)有明顯失重；加熱溫度為260～390 ℃時(shí)，Py-P出現(xiàn)第一階段的分解，其重量保持率降至20%左右；加熱溫度達(dá)到500 ℃以上時(shí)，Py-P出現(xiàn)第二階段的分解，并在640 ℃時(shí)被徹底熱解，Py-P的重量保持率為95％時(shí)，測(cè)試體系的加熱溫度為265 ℃。以上結(jié)果表明，Py-P具有較好的熱穩(wěn)定性，可在溫度不高于200 ℃的體系中保持穩(wěn)定。

為避免熒光探針應(yīng)用過(guò)程中受其他溶劑及外加機(jī)械力的影響，測(cè)試了Py-P的溶劑穩(wěn)定性和機(jī)械力穩(wěn)定性。在低級(jí)性溶劑甲苯、中等極性溶劑二氯甲烷和強(qiáng)極性溶劑甲醇、四氫呋喃中，Py-P呈現(xiàn)出穩(wěn)定的熒光發(fā)射，其熒光光譜形狀相似、最大熒光發(fā)射波長(zhǎng)的變化范圍不超過(guò)20 nm（433～453 nm），表現(xiàn)出較好的溶劑穩(wěn)定性（見(jiàn)圖7（a））。圖7（b）表明：在機(jī)械力研磨的情況下，Py-P粉末的發(fā)射波長(zhǎng)從未處理的536 nm輕微藍(lán)移至529 nm，在二氯甲烷熏蒸下，發(fā)射波長(zhǎng)恢復(fù)至531 nm，Py-P粉末的熒光光譜曲線始終保持形狀一致，最大熒光發(fā)射波長(zhǎng)的變化不超過(guò)10 nm，表現(xiàn)出極好的機(jī)械力穩(wěn)定性。

2.3" 熒光探針的發(fā)光性能

選擇DMSO為Py-P的良溶劑，水為Py-P的不良溶劑，在兩者的混合體系中觀察Py-P的發(fā)光行為。Py-P在不同水含量混合體系中的熒光光譜如圖8（a）所示。圖8（a）表明：混合體系中水含量較低時(shí)，樣品無(wú)明顯的熒光發(fā)射峰，既觀察不到Py-P二聚體的熒光發(fā)射峰，也觀察不到Py-P的單分子熒光發(fā)射峰。這是因?yàn)榇藭r(shí)Py-P在體系中溶解性較好，處于單分子狀態(tài)，Py-P二聚體尚未形成，且由于樣品的激發(fā)波長(zhǎng)為400 nm，Py-P單分子發(fā)光波長(zhǎng)并未在光譜的信號(hào)接收范圍內(nèi)。當(dāng)混合體系的水含量從20％逐漸增加至60％時(shí)，熒光光譜中位于約465 nm的信號(hào)峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，這一熒光信號(hào)峰為沒(méi)有精細(xì)結(jié)構(gòu)的寬峰，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，可歸屬于芘衍生物的二聚體發(fā)光［24］，說(shuō)明隨著水含量的增加，Py-P在體系中的溶解度逐漸下降，分子間相互靠近，Py-P二聚體逐漸形成。當(dāng)水含量繼續(xù)上升時(shí)，樣品的發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生顯著下降，這是由于水為Py-P的不良溶劑，在高水含量下，Py-P在體系中的溶解性急劇下降，分子從形成二聚體向發(fā)生π-π堆積轉(zhuǎn)變，消耗了其激發(fā)態(tài)能量。Py-P在不同水含量混合體系中的熒光強(qiáng)度如圖8（b）所示，從圖8（b）中可直接觀察到Py-P熒光強(qiáng)度隨檢測(cè)體系水含量的提升先增強(qiáng)后下降的變化趨勢(shì)。

Py-P的濃度是影響其二聚體形成的另一個(gè)重要因素。水含量為60％的體系中，Py-P在465 nm處的二聚體熒光強(qiáng)度隨濃度的變化趨勢(shì)如圖8（c）所示。圖8（c）表明：當(dāng)Py-P濃度為較低的10 μmol/L時(shí)，樣品已具有較強(qiáng)的二聚體熒光發(fā)射，這是由于體系中的水含量較高，此時(shí)Py-P分子已處于聚集狀態(tài)。隨著Py-P分子濃度的增加，樣品的二聚體發(fā)光強(qiáng)度表現(xiàn)出顯著差異。Py-P濃度不高于20 μmol/L時(shí)，樣品熒光強(qiáng)度隨濃度增加而增強(qiáng)，說(shuō)明在此濃度區(qū)間內(nèi)，Py-P分子的聚集程度隨濃度增加而逐漸提升，Py-P二聚體逐漸形成。而Py-P濃度高于20 μmol/L時(shí)，樣品的熒光強(qiáng)度陡然下降，說(shuō)明在此濃度區(qū)間內(nèi)，過(guò)多的Py-P分子會(huì)產(chǎn)生π-π堆積，導(dǎo)致熒光猝滅。

2.4" 熒光探針的Sb（Ⅲ）檢測(cè)性能

Py-P對(duì)Sb（Ⅲ）的熒光檢測(cè)同樣在DMSO-H2O混合體系中進(jìn)行。根據(jù)Py-P在DMSO-H2O混合體系中的發(fā)光行為，首先篩選了檢測(cè)體系的理想水含量及Py-P濃度。圖9為不同體系水含量和熒光探針濃度下，熒光探針對(duì)0.10 mmol/L Sb（Ⅲ）的熒光增強(qiáng)倍數(shù)。圖9（a）表明：在水含量為50%～90%的體系中，濃度為50 μmol/L的Py-P對(duì)0.10 mmol/L Sb（Ⅲ）的熒光增強(qiáng)倍數(shù)分別為4.30、3.29、12.55、7.24和4.91，總體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，且在水含量為70%時(shí)達(dá)到最高，因此優(yōu)選70%為檢測(cè)體系的最佳水含量。圖9（b）表明：在水含量為70%的體系中，濃度為25 μmol/L～100 μmol/L的Py-P對(duì)0.10 mmol/L Sb（Ⅲ）的熒光增強(qiáng)倍數(shù)分別為4.69、12.55、8.54和4.63，同樣表現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì)，并在Py-P濃度為50 μmol/L時(shí)達(dá)到最佳，因此優(yōu)選50 μmol/L為檢測(cè)體系的最佳Py-P濃度。以上結(jié)果可解釋為：水含量過(guò)低或探針濃度過(guò)低時(shí)，Py-P在混合體系中溶解性較好，Sb（Ⅲ）的加入對(duì)Py-P二聚體形成的促進(jìn)有限；水含量過(guò)高或探針濃度過(guò)高時(shí)，Py-P在混合體系中聚集加劇，阻礙其與Sb（Ⅲ）的絡(luò)合，影響檢測(cè)效果。

確定最佳檢測(cè)體系后，在水含量為70%、Py-P濃度為50 μmol/L的體系中分別加入不同濃度的Sb（Ⅲ），以研究熒光探針Py-P對(duì)Sb（Ⅲ）的熒光檢測(cè)效果，結(jié)果如圖10所示。圖10（a）表明：Py-P對(duì)較低濃度的Sb（Ⅲ）即可表現(xiàn)出較好的熒光響應(yīng)，樣品位于465 nm的二聚體熒光發(fā)射峰明顯增強(qiáng)。取熒光探針Py-P與不同濃度Sb（Ⅲ）的混合溶液在465 nm處的熒光強(qiáng)度，將其與熒光探針Py-P在465 nm處的熒光強(qiáng)度比較，得到不同Sb（Ⅲ）濃度下Py-P的熒光增強(qiáng)倍數(shù)，結(jié)果如圖10（b）所示。圖10（b）表明：當(dāng)Sb（Ⅲ）濃度從0 mmol/L增加至0.10 mmol/L時(shí)，Py-P的熒光增強(qiáng)倍數(shù)逐漸增加至12.55。當(dāng)Sb（Ⅲ）濃度繼續(xù)提升至0.50 mmol/L時(shí)，Py-P的熒光增強(qiáng)倍數(shù)達(dá)到飽和，基本保持不變。當(dāng)Sb（Ⅲ）濃度為0～0.10 mmol/L時(shí)，以Sb（Ⅲ）濃度為橫坐標(biāo)，以熒光探針Py-P的熒光增強(qiáng)倍數(shù)為縱坐標(biāo)進(jìn)行直線擬合，結(jié)果如圖10（c）所示。圖10（c）表明：Py-P的熒光增強(qiáng)倍數(shù)與Sb（Ⅲ）濃度呈良好的線性關(guān)系，兩者關(guān)系符合方程Y=123.39 X+0.0112，R2高達(dá)0.99958，說(shuō)明在此Sb（Ⅲ）濃度區(qū)間內(nèi)，熒光探針Py-P可實(shí)現(xiàn)對(duì)Sb（Ⅲ）的定量檢測(cè)。經(jīng)計(jì)算，這一檢測(cè)體系中，Py-P對(duì)Sb（Ⅲ）的檢測(cè)濃度下限為1.29 μmol/L，表現(xiàn)出極高的靈敏度。

熒光探針Py-P與不同濃度Sb（Ⅲ）的混合溶液在日光下和紫外燈下的數(shù)碼照片如圖10（b）的插圖所示，當(dāng)Sb（Ⅲ）濃度為0 mmol/L時(shí)，熒光探針Py-P在水含量為70%的混合體系中為淺黃色溶液，發(fā)射出微弱的藍(lán)色熒光。當(dāng)Sb（Ⅲ）濃度逐漸增加到0.10 mmol/L，混合體系的顏色沒(méi)有出現(xiàn)明顯變化，仍為淺黃色溶液，但其藍(lán)色熒光顯著增強(qiáng)，這一變化趨勢(shì)與熒光光譜儀記錄的數(shù)據(jù)一致，為Py-P對(duì)不同濃度Sb（Ⅲ）的熒光檢測(cè)效果提供了直觀體現(xiàn)。

Py-P對(duì)Sb（Ⅲ）優(yōu)異的熒光響應(yīng)源于Sb（Ⅲ）的加入對(duì)Py-P二聚體形成速度的影響。Sb（Ⅲ）的加入對(duì)Py-P熒光光譜隨時(shí)間變化趨勢(shì)的影響如圖11所示，從圖中可以看出：在水含量為70%的DMSO-H2O體系中，只有熒光探針Py-P存在時(shí)，體系位于465 nm左右的Py-P二聚體熒光發(fā)射峰隨著時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增強(qiáng)，并最終達(dá)到飽和。這說(shuō)明在分子溶解性的影響以及分子間相互作用力的驅(qū)動(dòng)下，Py-P二聚體逐漸形成，并發(fā)射二聚體熒光。但由于此時(shí)，Py-P分子間的相互作用力主要為分子間氫鍵及范德華力，因此Py-P二聚體的形成速度v0較慢，檢測(cè)體系的熒光增強(qiáng)速度也較為緩慢。向該混合體系中加入濃度為0.10 mmol/L的Sb（Ⅲ）后，體系的二聚體熒光發(fā)射峰瞬間增強(qiáng)至接近飽和的狀態(tài)，說(shuō)明在此狀態(tài)下，Py-P二聚體的形成速度v1加快，檢測(cè)體系的熒光增強(qiáng)速度顯著提升。這是由于體系中有Sb（Ⅲ）存在時(shí)，熒光探針Py-P中功能基團(tuán)上的N、O原子可與Sb（Ⅲ）絡(luò)合［15，22，27］，為Py-P二聚體的形成提供新的驅(qū)動(dòng)力，增強(qiáng)混合體系中Py-P的分子間作用力，加速Py-P二聚體的形成，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)體系熒光強(qiáng)度的增強(qiáng)（見(jiàn)圖12所示）。正是這種Sb（Ⅲ）的加入對(duì)Py-P二聚體形成速度的影響，促成了熒光探針Py-P對(duì)Sb（Ⅲ）的熒光增強(qiáng)型檢測(cè)效果。

為了分析Py-P對(duì)Sb（Ⅲ）熒光檢測(cè)的專一性，檢測(cè)了Py-P對(duì)其他常見(jiàn)金屬離子的熒光響應(yīng)效果，結(jié)果如圖13（a）所示。由圖13（a）可知，Py-P在含有Zn（Ⅱ）、Fe（Ⅱ）、K（I）、Na（I）、Mg（Ⅱ）、Ca（Ⅱ）的溶液中的熒光光譜與其自身熒光光譜保持一致，Sb（Ⅲ）的加入可使Py-P的二聚體發(fā)光增強(qiáng)，表明Py-P對(duì)其他金屬離子均不存在熒光響應(yīng)，即其Sb（Ⅲ）檢測(cè)具有專一性。

在Py-P對(duì)Sb（Ⅲ）的檢測(cè)體系中，其他金屬離子的存在可能影響Py-P對(duì)Sb（III）的熒光檢測(cè)效果。為了探究這一現(xiàn)象，在Py-P與Sb（Ⅲ）的混合體系中分別加入其他常見(jiàn)金屬離子，并測(cè)試混合體系的熒光增強(qiáng)倍數(shù)，結(jié)果如圖13（b）所示。圖13（b）表明，所有樣品的熒光增強(qiáng)倍數(shù)均與Py-P和Sb（Ⅲ）的混合體系保持一致，說(shuō)明Py-P對(duì)Sb（Ⅲ）的檢測(cè)基本不受以上金屬離子的影響，具有較好的選擇性。由于印染廢水中通常有這些金屬離子存在，以上測(cè)試結(jié)果也預(yù)示著Py-P在印染廢水Sb（Ⅲ）檢測(cè)中的可行性。

3" 結(jié)" 論

本文以芘為熒光生色團(tuán)，通過(guò)1-芘甲醛與2-氨基-4-甲基苯酚的一步反應(yīng)，簡(jiǎn)單、高效地合成了小分子熒光探針Py-P，驗(yàn)證了它的化學(xué)結(jié)構(gòu)，并將其應(yīng)用于Sb（Ⅲ）的熒光檢測(cè)，主要結(jié)論如下：

a）制得的熒光探針Py-P熱穩(wěn)定性好，在常見(jiàn)有機(jī)溶劑中、在機(jī)械力作用下，Py-P均可保持穩(wěn)定的發(fā)光性能。

b）在DMSO-H2O體系中，水含量不高于60%時(shí)，隨著水含量的增加，Py-P二聚體逐漸形成，并發(fā)射二聚體熒光；水含量高于60%時(shí)，熒光猝滅。

c）DMSO-H2O混合體系的水含量為70%、Py-P濃度為50 μmol/L時(shí)，熒光探針Py-P對(duì)Sb（Ⅲ）具有最佳的熒光增強(qiáng)檢測(cè)效果，其熒光增強(qiáng)倍數(shù)最高可達(dá)12.55；Sb（Ⅲ）濃度為0～0.10 mmol/L時(shí)，Py-P的熒光增強(qiáng)倍數(shù)與Sb（Ⅲ）濃度呈線性關(guān)系，檢測(cè)限低至1.29 μmol/L。

d）Py-P對(duì)Sb（Ⅲ）的檢測(cè)具有較好的專一性和選擇性，有望實(shí)現(xiàn)在印染廢水Sb（Ⅲ）熒光檢測(cè)中的應(yīng)用。

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（責(zé)任編輯：張會(huì)巍）