一种方便快捷的检测Ca2+的光化学传感器

苏静，高巍，王璟琳

（长治学院 化学系,山西 长治 046011）

一种方便快捷的检测Ca2+的光化学传感器

苏静，高巍，王璟琳

（长治学院 化学系,山西 长治 046011）

相较于其他离子，用方便快捷的方法检测Ca2+的探针分子报道还不是很多。文章合成了一种紫外上对Ca2+有特异性响应的探针分子2-萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮。检测浓度下探针在DMF溶剂中为近乎无色，当体系中存在Ca2+时变为粉红色，可以方便快捷的通过裸眼实现对Ca2+的识别。

传感器；紫外可见光谱；Ca2+

1 引言

钙是人体中不可缺少的重要元素，钙离子作为许多金属酶和蛋白的结构辅因子，具有电子传递、清除体内超氧负离子和运载氧的作用[1]。生命体系中存在大量的钙调蛋白，自然环境中也存在大量含钙矿物质。同时钙离子在维持细胞运动收缩体系与细胞形状[2-3]，糖原的代谢，神经递质的合成与释放[4]，细胞分裂以及核酸代谢[5]等生理活动中都起着重要的作用。其含量的变化对这些含钙的微环境具有一定的影响，过多或者过少都有可能对体系造成较严重的后果[6]。

近年来，许多研究相继合成了一些识别钙离子的化学传感器，但相对于其他离子传感来说，Ca2+无论从种类还是数量上而言都不是很多，因此，开发新型的特异性识别Ca2+的传感器很有意义。

文章合成了一种能够方便快捷识别钙离子的光化学传感器，该传感分子能够实现在DMF溶剂中对Ca2+的特异性裸眼识别，通过观察溶液的颜色，我们就可以大致判断Ca2+的含量。该溶液对钙离子有较高的亲和力且对pH不敏感，为钙离子的定量检测提供一种新方法。

2 实验部分

2.1 实验仪器和试剂

Beta-萘酚、三氯氧磷、1,3-茚满二酮、DMF、甲醇均为分析纯试剂。

Hitachi U-3900紫外可见分光光度计，红外光谱仪。

2.22 -萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的合成反应机理如图2所示。

图1 2-萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的合成路线

图2 合成2-萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的反应机理

在50 mL三角烧瓶中加入0.2580 g(1.5 mmol) 2-羟基-1-萘甲醛,0.1460 g(1.0mmol),1,3-茚满二酮，20 mL的甲醇，振荡使之完全溶解后滴加2滴哌啶，室温下磁力搅拌3h后有砖红色沉淀产生，再继续搅拌2 h，用旋转蒸发仪蒸出多余的甲醇，抽滤，真空干燥，得到砖红色固体，命名为L，称量，产物为0.2081 g，产率68.0%，熔点：140.8～142.6℃。

图3 2-萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的红外光谱图

在3500～500 cm-1范围内的色谱，对合成的2-萘酚-1-基甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的红外光谱吸收峰进行了归属，如图3所示。在波数为1713.56 cm-1处有吸收峰，表明有C=O存在，1621.17 cm-1的峰是C=C键的伸缩振动产生的，表明有C=C存在，3421.18 cm-1的峰是O-H键的伸缩振动产生的，表明有O-H存在，苯环碳骨架伸缩振动的特征峰1406.18 cm-1；1457.13 cm-1；1528.74 cm-1(苯环骨架振动)，表明有苯环存在。

3 结果与分析

3.1 紫外滴定光谱

图4 探针分子L对Ca2+的紫外-可见滴定光谱

将20 μL浓度为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，然后逐渐滴加4.0× 10-2mol·L-1的Ca2+溶液，从滴定曲线可以看出，随着溶液中Ca2+浓度的增大，在500～580 nm处出现一个较宽的吸收峰并逐渐增强。当体系中Ca2+的浓度达到1.4×10-1mol·L-1时吸收峰的强度不再改变，体系的颜色伴随着Ca2+的加入从无色变为浅红色，这一变化可能是由于Ca2+与2-萘酚-1-基甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的电荷转移所致。

3.2 离子选择性实验

图5 不同金属离子加入L体系前后550 nm吸光度的变化图

为了考察L对Ca2+响应的选择性，本研究设计了阳离子的选择性实验。在滴定实验的条件下，选取550 nm处，加入金属离子之前体系的吸光度A0与加入金属离子之后体系吸光度A之差为纵坐标，各离子为横坐标做柱状图，很容易发现，该体系对Ca2+具有很好的选择性。

3.3 响应机制

图9 探针分子对Ca2+响应机制

在配体溶液中，每次滴加5μL的Ca2+标准溶液后，随着Ca2+的浓度的增大，在313 nm和337 nm处有两个等吸收点，表明形成了具有紫外活性的稳定配合物。由紫外光谱图可以看到吸光度增强，形成了配位键，表明产生了相应的金属到配体的跃迁，由Ca2+滴定配体L的滴定曲线图(图4)可以看出金属离子与配体之间形成了稳定配合物。

4 结论

文章设计了一种能够通过裸眼方便快捷的检测Ca2+的光化学传感器，该探针分子在体系中加入Ca2+以后，体系的紫外可见吸收光谱红移，相应的体系的颜色从无色转变为粉红色，可以很方便的观察体系中是否含有Ca2+，为Ca2+的识别和检测提供了一种新的方便快捷的手段。

参考文献：

［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）

（责任编辑 周成勇）

O62

A

1673-2015（2015）05-0013-04

长治学院科研课题（2013206）；国家级大学生创新创业训练项目（201410122004）。

2015—06—13

苏静（1984—）女，内蒙古呼和浩特人，硕士，助理实验师，主要从事无机化学教学与研究。