蘇靜,高巍,王璟琳
(長治學院 化學系,山西 長治 046011)
一種方便快捷的檢測Ca2+的光化學傳感器
蘇靜,高巍,王璟琳
(長治學院 化學系,山西 長治 046011)
相較于其他離子,用方便快捷的方法檢測Ca2+的探針分子報道還不是很多。文章合成了一種紫外上對Ca2+有特異性響應(yīng)的探針分子2-萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮。檢測濃度下探針在DMF溶劑中為近乎無色,當體系中存在Ca2+時變?yōu)榉奂t色,可以方便快捷的通過裸眼實現(xiàn)對Ca2+的識別。
傳感器;紫外可見光譜;Ca2+
鈣是人體中不可缺少的重要元素,鈣離子作為許多金屬酶和蛋白的結(jié)構(gòu)輔因子,具有電子傳遞、清除體內(nèi)超氧負離子和運載氧的作用[1]。生命體系中存在大量的鈣調(diào)蛋白,自然環(huán)境中也存在大量含鈣礦物質(zhì)。同時鈣離子在維持細胞運動收縮體系與細胞形狀[2-3],糖原的代謝,神經(jīng)遞質(zhì)的合成與釋放[4],細胞分裂以及核酸代謝[5]等生理活動中都起著重要的作用。其含量的變化對這些含鈣的微環(huán)境具有一定的影響,過多或者過少都有可能對體系造成較嚴重的后果[6]。
近年來,許多研究相繼合成了一些識別鈣離子的化學傳感器,但相對于其他離子傳感來說,Ca2+無論從種類還是數(shù)量上而言都不是很多,因此,開發(fā)新型的特異性識別Ca2+的傳感器很有意義。
文章合成了一種能夠方便快捷識別鈣離子的光化學傳感器,該傳感分子能夠?qū)崿F(xiàn)在DMF溶劑中對Ca2+的特異性裸眼識別,通過觀察溶液的顏色,我們就可以大致判斷Ca2+的含量。該溶液對鈣離子有較高的親和力且對pH不敏感,為鈣離子的定量檢測提供一種新方法。
2.1 實驗儀器和試劑
Beta-萘酚、三氯氧磷、1,3-茚滿二酮、DMF、甲醇均為分析純試劑。
Hitachi U-3900紫外可見分光光度計,紅外光譜儀。
2.22 -萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的合成反應(yīng)機理如圖2所示。
圖1 2-萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的合成路線
圖2 合成2-萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的反應(yīng)機理
在50 mL三角燒瓶中加入0.2580 g(1.5 mmol) 2-羥基-1-萘甲醛,0.1460 g(1.0mmol),1,3-茚滿二酮,20 mL的甲醇,振蕩使之完全溶解后滴加2滴哌啶,室溫下磁力攪拌3h后有磚紅色沉淀產(chǎn)生,再繼續(xù)攪拌2 h,用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸出多余的甲醇,抽濾,真空干燥,得到磚紅色固體,命名為L,稱量,產(chǎn)物為0.2081 g,產(chǎn)率68.0%,熔點:140.8~142.6℃。
圖3 2-萘酚-1-甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的紅外光譜圖
在3500~500 cm-1范圍內(nèi)的色譜,對合成的2-萘酚-1-基甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的紅外光譜吸收峰進行了歸屬,如圖3所示。在波數(shù)為1713.56 cm-1處有吸收峰,表明有C=O存在,1621.17 cm-1的峰是C=C鍵的伸縮振動產(chǎn)生的,表明有C=C存在,3421.18 cm-1的峰是O-H鍵的伸縮振動產(chǎn)生的,表明有O-H存在,苯環(huán)碳骨架伸縮振動的特征峰1406.18 cm-1;1457.13 cm-1;1528.74 cm-1(苯環(huán)骨架振動),表明有苯環(huán)存在。
3.1 紫外滴定光譜
圖4 探針分子L對Ca2+的紫外-可見滴定光譜
將20 μL濃度為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,然后逐漸滴加4.0× 10-2mol·L-1的Ca2+溶液,從滴定曲線可以看出,隨著溶液中Ca2+濃度的增大,在500~580 nm處出現(xiàn)一個較寬的吸收峰并逐漸增強。當體系中Ca2+的濃度達到1.4×10-1mol·L-1時吸收峰的強度不再改變,體系的顏色伴隨著Ca2+的加入從無色變?yōu)闇\紅色,這一變化可能是由于Ca2+與2-萘酚-1-基甲基烯-2H-吲哚-1,3-二酮的電荷轉(zhuǎn)移所致。
3.2 離子選擇性實驗
圖5 不同金屬離子加入L體系前后550 nm吸光度的變化圖
為了考察L對Ca2+響應(yīng)的選擇性,本研究設(shè)計了陽離子的選擇性實驗。在滴定實驗的條件下,選取550 nm處,加入金屬離子之前體系的吸光度A0與加入金屬離子之后體系吸光度A之差為縱坐標,各離子為橫坐標做柱狀圖,很容易發(fā)現(xiàn),該體系對Ca2+具有很好的選擇性。
3.3 響應(yīng)機制
圖9 探針分子對Ca2+響應(yīng)機制
在配體溶液中,每次滴加5μL的Ca2+標準溶液后,隨著Ca2+的濃度的增大,在313 nm和337 nm處有兩個等吸收點,表明形成了具有紫外活性的穩(wěn)定配合物。由紫外光譜圖可以看到吸光度增強,形成了配位鍵,表明產(chǎn)生了相應(yīng)的金屬到配體的躍遷,由Ca2+滴定配體L的滴定曲線圖(圖4)可以看出金屬離子與配體之間形成了穩(wěn)定配合物。
文章設(shè)計了一種能夠通過裸眼方便快捷的檢測Ca2+的光化學傳感器,該探針分子在體系中加入Ca2+以后,體系的紫外可見吸收光譜紅移,相應(yīng)的體系的顏色從無色轉(zhuǎn)變?yōu)榉奂t色,可以很方便的觀察體系中是否含有Ca2+,為Ca2+的識別和檢測提供了一種新的方便快捷的手段。
參考文獻:
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Su Jing,Gao Wei,Wang Jing-lin
(Department of Chemistry,Changzhi University,Changzhi ShanXi,046011)
(責任編輯 周成勇)
O62
A
1673-2015(2015)05-0013-04
長治學院科研課題(2013206);國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目(201410122004)。
2015—06—13
蘇靜(1984—)女,內(nèi)蒙古呼和浩特人,碩士,助理實驗師,主要從事無機化學教學與研究。