一種含胺基的釕(ii)-二亞胺反應(yīng)性熒光指示劑及其合成方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于分析化學(xué)和傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種含胺基的釕（II)-二亞胺反應(yīng) 性熒光指示劑及其合成方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 溶解于水體中的氧分子稱(chēng)為溶解氧。溶解氧檢測(cè)在工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué) 以及人們?nèi)粘Ｉ畹确矫娑加袕V泛應(yīng)用。因而發(fā)展快速、靈敏、高效的溶氧檢測(cè)方法與技術(shù) 具有重要意義。目前溶解氧的測(cè)量方法主要有三種：碘量法、電化學(xué)法和熒光淬滅法。碘 量法是一種傳統(tǒng)的溶氧檢測(cè)方法，其操作非常繁瑣、測(cè)量周期長(zhǎng)，容易受到溶液中離子的干 擾，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)測(cè)量。電化學(xué)法測(cè)量速度快，但是電解液參與測(cè)量反應(yīng)需要經(jīng)常更換，儀 器必須定期校正，不適宜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和高頻率的測(cè)量。熒光淬滅法溶氧傳感器具有檢測(cè)精度 高、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)溶解氧的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，日益得到人們的重視。熒 光淬滅法是基于氧分子可以與處于激發(fā)態(tài)的熒光分子發(fā)生碰撞，轉(zhuǎn)移激發(fā)能，使得熒光分 子發(fā)射焚光減少即焚光淬滅現(xiàn)象。焚光強(qiáng)度和焚光壽命與氧分子濃度成負(fù)相關(guān)，因此通過(guò) 測(cè)量熒光強(qiáng)度和壽命的變化可算出溶液中的氧濃度。
[0003] 熒光溶氧傳感器的關(guān)鍵元件是氧敏感熒光膜，它由熒光指示劑和固定指示劑的基 材構(gòu)成。常用的熒光指示劑是釕（II)-二亞胺類(lèi)三配體絡(luò)合物。其分子結(jié)構(gòu)剛性大共輒程 度高，可用藍(lán)光作為激發(fā)光源，熒光發(fā)射光譜峰值波長(zhǎng)在570-620nm。它具有光化學(xué)穩(wěn)定性 好、可見(jiàn)光吸收系數(shù)大、熒光量子效率高、Stokes位移大和熒光壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
[0004] 經(jīng)過(guò)多年來(lái)的實(shí)踐，熒光指示劑的固定方法有物理包埋法，靜電吸附法和化學(xué)鍵 合法。
[0005] 包埋法是將熒光指示劑與聚合物共同溶于有機(jī)溶劑，通過(guò)溶劑揮發(fā)，或固化交聯(lián) 成膜，將熒光指示劑包埋于聚合物薄膜中。包埋法固定熒光指示劑所用的成膜材料主要有 丙烯酰胺聚合物膜、丙烯酸酯及其衍生物的聚合物膜、聚乙烯醇膜、聚氯乙烯（PVC)膜、纖 維素膜、硅橡膠等其他膜材料。包埋法的最大弱點(diǎn)是熒光指示劑與基材之間是以物理作用 力相互作用，所以在使用過(guò)程中會(huì)因?yàn)楦鞣N原因如溶劑、溫度、溶液、pH等因素使熒光指示 劑流失。為了解決這一問(wèn)題，人們采用溶膠凝膠法來(lái)制備膜并包裹指示劑。凝膠膜的孔徑 小指示劑流失減少但是凝膠膜脆性大易破裂，同時(shí)氧滲透進(jìn)去緩慢，熒光指示劑與氧接觸 需要一定的時(shí)間導(dǎo)致響應(yīng)速度變慢。
[0006] 靜電吸附法通過(guò)靜電作用將熒光指示劑分子吸附于基材上。主要是帶電基團(tuán)的基 材固定帶有相反電荷的熒光指示劑。例如采用離子交換樹(shù)脂(或離子交換膜)固定帶電荷或 具有強(qiáng)極性取代基的熒光指示劑。在實(shí)踐中用的較多的是陽(yáng)離子交換樹(shù)脂固定帶正電荷的 若丹明類(lèi)試劑，陰離子交換樹(shù)脂固定帶磺酸基或羧基的熒光指示劑。靜電吸附法同樣存在 熒光指示劑流失問(wèn)題，而且基材上的帶電集團(tuán)易與溶劑發(fā)生作用。
[0007] 化學(xué)鍵合法是將熒光指示劑通過(guò)化學(xué)鍵直接或間接鍵合于基材上，化學(xué)鍵牢固不 容易斷裂可解決熒光指示劑流失問(wèn)題。同時(shí)熒光指示劑與氧氣直接接觸，響應(yīng)速度大幅提 高?；瘜W(xué)鍵合熒光指示劑需要指示劑有能與基材表面反應(yīng)的官能團(tuán)，早期合成的熒光指示 劑并無(wú)反應(yīng)性官能團(tuán)。因此合成反應(yīng)性釕（II)-二亞胺類(lèi)熒光指示劑化學(xué)鍵合到基材上， 能緩解焚光指不劑的流失，提尚焚光I旲的使用壽命。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于解決熒光指示劑在氧敏感熒光膜中的流失問(wèn)題。傳統(tǒng)的熒光膜 大多是通過(guò)物理方法將熒光指示劑固定在特定的基材，由于是物理作用，熒光指示劑容易 被水萃取流失。合成反應(yīng)性的熒光指示劑分子化學(xué)鍵合到基材上，可解決熒光指示劑的流 失問(wèn)題。
[0010] 二價(jià)釕正離子的外層電子構(gòu)型為4s24p64d6,經(jīng)雜化后有6個(gè)空軌道，可容納12個(gè) 配位電子，能與三個(gè)二亞胺配體絡(luò)合。
[0011] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種含胺基的釕（II)-二亞胺反應(yīng)性熒光指示劑，反應(yīng)性釕（II)-二亞胺類(lèi)熒光指示 劑的合成可通過(guò)帶反應(yīng)性官能團(tuán)的二亞胺小分子配體與釕（II)-二亞胺的二配體絡(luò)合物 反應(yīng)得到釕（II)-二亞胺的三配體絡(luò)合物。
[0012] -種含胺基的釕（II)-二亞胺反應(yīng)性熒光指示劑的合成方法，具體包括如下步 驟： (1) 將5-氨基-鄰菲咯啉和釕（II)-二亞胺二配體絡(luò)合物溶于乙醇溶劑中； (2) 將溶液加熱至65°C-75°C; (3) 滴加鹽酸羥銨鹽溶液，攪拌回流反應(yīng)，得粗產(chǎn)物； (4) 將所得粗產(chǎn)物旋干后溶于混合溶劑中，放在冰箱過(guò)夜結(jié)晶； (5) 過(guò)濾后以冰水、冷的丙酮洗滌濾渣，真空干燥得固體產(chǎn)物。
[0013] 氨基含有活潑氫可與含有羧基，酰氯等官能團(tuán)的基材反應(yīng)，從而將反應(yīng)性的熒光 指示劑分子化學(xué)鍵合到基材上。一種含胺基的釕-二亞胺反應(yīng)性熒光指示劑的合成及氧敏 感熒光膜制備，將含胺基的二亞胺和釕（II)-二亞胺二配體絡(luò)合生成含胺基的釕（II)-二 亞胺三配體絡(luò)合物并經(jīng)氨基通過(guò)酰胺化反應(yīng)鍵合到基材表面。
[0014] 上述方法中，所述含胺基的二亞胺為5-氨基-鄰菲咯啉。
[0015] 上述方法中，所述二亞胺為4, 7-二苯基-1，10-鄰菲咯啉、1，10-鄰菲咯啉或 2, 2'-聯(lián)吡啶。
[0016] 上述方法中，所述釕（II)-二亞胺的二配體絡(luò)合物為二（4, 7-二苯基-1，10-鄰菲 咯啉）釕（II)絡(luò)合物、二（1，10-鄰菲咯啉）釕（II)絡(luò)合物或二（2, 2'-聯(lián)吡啶）釕（II)絡(luò) 合物。其中二（4, 7-二苯基-1，10-鄰菲咯啉)釕（II)絡(luò)合物共輒程度最大，所需的激發(fā)能 最低。
[0017] 上述方法中，所述釕（II)-二亞胺的二配體絡(luò)合物中平衡二價(jià)釕正電荷的陰離子 為氯離子、高氯酸根離子和六氟磷酸根離子中的一種或幾種離子。
[0018] 上述方法中，步驟（1)所述釕（II) _二亞胺二配體絡(luò)合物和含胺基的二亞胺投料 摩爾比為1:1-1:1. 05,反應(yīng)物5-氨基-鄰菲咯啉的濃度為0. 5-2. 0mol/L; 上述方法中，步驟（3)添加鹽酸羥銨鹽作為還原劑防止二價(jià)釕氧化成三價(jià)釕，反應(yīng)溫度 為65-75°C，反應(yīng)時(shí)間為12-18小時(shí)。
[0019] 丙酮對(duì)含胺基的釕（II)-二亞胺三配體絡(luò)合物的溶解度小，采用乙醇丙酮的混合 溶劑對(duì)產(chǎn)物重結(jié)晶。以體積比為1:3-1:5的乙醇：丙酮混合溶劑溶解產(chǎn)物，放在冰箱過(guò)夜， 過(guò)濾后以冰水、丙酮各洗滌3次。
[0020] 一種測(cè)量溶解氧的氧敏感熒光膜，構(gòu)成熒光膜的熒光指示劑為含胺基的釕 (II)-二亞胺三配體絡(luò)合物；構(gòu)成熒光膜的基材表面需有羧基、磺酸基、酰氯基或磺酰氯 基，基材可通過(guò)表面處理使基材帶有這些官能團(tuán)；釕（II)-二亞胺熒光指示劑通過(guò)酰胺化 反應(yīng)鍵合到基材表面。
[0021] 所述的基材表面的酰胺化反應(yīng)選用的是浸漬法，該法簡(jiǎn)單可行是常用的表面處理 方法。將基材浸入釕（II)-二亞胺反應(yīng)性熒光指示劑的等體積乙醇水溶液中反應(yīng)，熒光指 示劑溶液的濃度是0. 2%~0. 6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，反應(yīng)溫度為55-75°C，反應(yīng)時(shí)間0. 5h~2. 5h;基材 需前處理使其有與氨基反應(yīng)的官能團(tuán)；所述的基材為有機(jī)玻璃。
[0022] 氧敏感熒光膜中熒光指示劑的流失測(cè)定方法采用的是在50°C水中浸泡熒光膜，測(cè) 量熒光膜熒光強(qiáng)度的變化。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)與技術(shù)效果： 本發(fā)明與現(xiàn)有用于溶氧測(cè)定的氧敏感熒光膜相比，具有熒光指示劑不易流失，使用壽 命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明的熒光膜結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明不僅限于如下實(shí)施例。
[0026] dpp: 4, 7-二苯基-1，10-鄰菲