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+
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。
2.1 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。
3.1 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。
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:
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freguency iocaiization ancsignai anaiysis[J].IEEE Trans(Information Theory),1990,36:961-1004.
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[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。