[发明专利]用于汞离子检测的荧光化学传感器及制备和应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一类用于汞离子检测的荧光化学传感器的制备和应用方法，具体是基于2-取代喹唑啉-4(3H)-硫酮衍生物的汞离子荧光化学传感器的制备和应用方法。

背景技术

汞是对人体和环境最具威胁和毒害作用的金属元素之一，这是由于其具有持久性、易迁移性和高度的生物富集性；而且汞及汞盐在工业中使用很广，基于上述原因, 环境中汞的检测引起人们的广泛关注，开发研制一种成本低、响应快、易实现、能应用于自然环境和生物体系的新型Hg²⁺检测手段显得尤为重要。迄今对于Hg²⁺的检测己经发展出多种方法，如原子吸收光谱、原子发射光谱等。然而这些方法有着很多缺点，如样品需要处理、检测不够快速、检测价格昂贵等。在许多重要的应用场合，人们迫切需要快速、准确、低成本并能选择性地分析检测汞的方法，而化学传感器能较好地满足以上要求。

化学传感器是近年发展起来的一种新型微量和痕量分析技术，化学传感器指的是有着分子尺寸或比分子尺寸较大一些的、在与被分析物相互作用时能够给出实时信号的一种分子器件。它是把特定的化学物质的种类和浓度变成检测信号来表示的功能元件。主要是利用光敏感材料与被测物质中的分子、离子或生物物质相互接触时直接或间接地引起光信号的变化，使得很少的化学物质加入体系后，会有放大了许多倍的信号被检出，借此可以获得某种化学物质的浓度。根据不同的应用课题，人们可以设计出各种各样的化学传感器。化学传感器具有体积小、费用低、不需要预处理、能用于现场分析和监控以及远距离探测等优点，因此受到人们的广泛关注

化学传感器按检测信号可分为光化学传感器、电化学传感器、温度敏感化学传感器等。其中，荧光信号因其灵敏度高、易于传递和控制，可通过光纤实现远距离探测，受到了人们的青睐，近年来荧光化学传感器发展迅速。一个具实用价值的荧光化学敏感器可简单地分为如下的三个部分：

(1) 外来分子的接受体部分，它负责识别和结合客体分子；

(2) 敏感器在接受外来物种后将信息传输外出的报告器，它负责信号的产生；

(3) 连接体部分也称隔离基团，它负责连接报告器和接受体，实际上它还起到当外来物种进入接受体时引起发色体的发光特征发生变化的枢纽作用。

十分清楚，在荧光化学敏感器的研究中，敏感器的整体设计和合成占有重要的位置。对体系的正确设计与合成，将对敏感器的识别能力和灵敏度起到重要的作用。在荧光化学传感器中，作为报告器在信息输出上采用的发光形式可包括荧光强度的增强或减弱以及荧光峰值波长的位移等。从目前的情况看，作为信号报告器的化学物种数量非常有限。这大大妨碍了敏感器灵敏度的提高，急待发展新的品种。

发明内容

技术问题： 本发明的目的是开发出一类用于汞离子检测的荧光化学传感器，具有高灵敏度、高选择性、重复使用、裸眼识别的Hg²⁺荧光化学传感器的效果。

技术方案：本发明的用于汞离子检测的荧光化学传感器具体是基于2-取代喹唑啉-4(3H)-硫酮衍生物，该化学传感器的结构通式如式(Ⅰ)表示：

其中Ar是芳基、取代芳基、杂环芳基或取代杂环芳基中的一种。

在式(Ⅰ)中所述的芳基或取代芳基是苯、联苯、萘、苊、蒽、菲、芘、苝、芴或螺芴中的一种；杂环芳基或取代杂环芳基是吡咯、吡啶、呋喃、噻吩、咔唑、硅芴、磷芴、喹啉、异喹啉、酞嗪、嘧啶、哒嗪、吡嗪、吖啶、菲罗啉、吲哚、噻唑、二唑、三唑、苯并二唑或苯并噻唑中的一种；芳基或杂环芳基的取代基为卤原子、烷基、烷氧基、氨基、羟基、氰基、芳氧基、芳香基或杂环取代基中的一种，芳基或杂环芳基的取代基的个数是单个或多个。

该制备方法包括以下合成步骤：

a． Ar所代表的芳烃、取代芳烃、杂环芳烃或取代杂环芳烃与甲酰化试剂反应，制得一类如式(1)所示的含甲酰基的化合物；

b． 式(1)所示的含甲酰基的化合物与邻氨基苯甲酰胺成环反应，得到一类如式(2)所示的2-取代喹唑啉-4(3H)-酮衍生物；

c． 式(2)所示的2-取代喹唑啉-4(3H)-酮衍生物与劳森试剂反应，得到一类如式(Ⅰ)所表示的2-取代喹唑啉-4(3H)-硫酮衍生物。