[发明专利]一种可选择性识别汞离子的新型水溶性聚合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种可选择性识别汞离子的新型水溶性聚合物及其制备方法，以及该水溶性聚合物在水溶液中选择性识别汞离子的应用。

背景技术

汞(Hg)是环境中毒性最强的重金属元素之一。多年来汞在工业和农业等领域中被广泛使用，它所带来的严重污染已经引起人类的强烈关注。据相关数据显示，在中国，长期大规模的矿产开采和冶炼以及燃煤发电行业的持续排放已导致中国很大部分地区的大气、土壤和水体环境中的汞含量升高，对人类的健康和环境都产生了极大的危害。汞在自然界中通常以三种形式存在：单质汞（Hg）、无机汞（Hg⁺、Hg²⁺）和有机汞。各种形态的汞污染物，如工业排放的无机汞，进入河流或土壤后，很容易通过动植物进行富集。由于具有强亲巯基性，当人体摄入这类被污染的食物后，汞能够与体内富含巯基的膜蛋白结合，破坏蛋白的正常功能，对人体造成以神经毒性和肾脏毒性为主的多系统损害。在汞污染物中，水溶性的Hg²⁺很常见，它具有强烈的毒性，会引起严重的病症，例如肌肉震颤、视觉损害、听力损害以及大脑损伤等。目前最广泛的汞检测技术主要有冷原子吸收法(AAS)、冷原子荧光分光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、阳极溶出伏安法、X射线荧光光谱法和质谱法等。这些方法具有较高的灵敏度，但是往往需要昂贵的测试仪器、复杂的样品处理以及苛刻的测试条件。近年来关于汞离子检测的方法还出现基于电化学和光学传感器、有机小分子探针、共聚物、DNA、蛋白质和酶、以及无机纳米材料等检测手段，但仍存在测试体系不稳定以及成本较高的问题。

卟啉类化合物在自然界中广泛存在，其母体卟吩是具有26个π电子的高度共轭分子。由于卟啉具有独特的光电性能、良好的光和热稳定性，以及在可见光区域（400nm-460nm）有很高的摩尔消光系数，并产生较大的stoke位移荧光发射带（550nm-750nm），卟啉和金属卟啉在仿生化学、催化、太阳能利用、特种材料、医学和分析化学等方面有着越来越重要的应用。近年来有研究发现，利用卟啉的优异吸光性能以及荧光发射性质，可以通过常用的光学仪器（如紫外可见光谱仪、稳态荧光光谱仪等）以及简单方便的实验操作手段，检测分析样品中汞离子的含量。但是其缺点是卟啉在水中的溶解度很小，难以应用于水溶液体系，通常需要加入一定量的有机试剂(参见Wing Hong Chana;Rong Hua Yang;Ke Min Wang;Analytica Chimica Acta,2001,444,261–269)，或者需要引入表面活性剂，但这会使合成复杂化以及检测程序繁琐化[参见(a)Luisa S.Dolci;Ettore Marzocchi;Marco Montalti;Luca Prodi;Donato Monti;Corrado Di Natale;Arnaldo D’Amico;Roberto Paolesse;Biosensors and Bioelectronics,2006,22,399–404(b)Zhen Fang;Bin Liu Tetrahedron Letters,2008,49,2311–2315]。而水溶性卟啉，如四苯磺酸卟啉(TPPS)，可以解决水溶性的问题，但是只能选择性检测铝离子和锡离子（参见CN102183480A）。

基于以上科学和技术问题，需要一种合成方法简单、检测程序简便的可检测汞离子的水溶性物质。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种可选择性识别汞离子的新型水溶性聚合物；该聚合物合成简单，产率高。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种可选择性识别汞离子的新型水溶性聚合物的合成方法；通过自由基聚合反应将四苯基卟啉单体AOTPP与丙烯酰胺单体共聚得到新型水溶性聚合物。

本发明要解决的第三个技术问题是提供一种可选择性识别汞离子的新型水溶性聚合物的应用；该聚合物通过常用的紫外-可见吸收光谱法和稳态荧光发射光谱法，可高选择性地检测水溶液中的汞离子。

本发明提供一种可选择性识别汞离子的新型水溶性聚合物，其结构式如下：

其中，R₁为氢或烷基，R₂为氢、烷基或羟烷基；分子量为1.6×10⁴～5.5×10⁶g/mol；m与n的比值为100～200：1。