[发明专利]pH敏感荧光染料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于荧光染料领域，涉及一种pH敏感荧光染料及其制备方法和应用，特别涉及一种双荧光发射分子内参比pH敏感荧光染料及其制备方法和应用。

背景技术

溶液pH值是溶液酸碱度的重要化学参数，测量和控制溶液的pH值在化学、环境科学、生物化学、临床化学等领域都具有很重要的意义。传统测量pH值的方法主要是pH试纸、各种玻璃电极、金属-金属氧化物电极和离子选择性电极等，但传统方法制作的传感器响应时间长、稳定性差、难于测出微小变化；pH试纸只能进行定性测量；玻璃电极pH传感器存在阻抗高、易破损的缺陷，并且在高碱度情况下存在“碱误差”。同时，由于测量基体本身体积大，不宜用于微环境和生物活体的在线检测，也不宜用于样品的原位处理分析和恶劣环境。

与传统的检测方法相比，荧光光纤pH化学传感器具有体积小、重量轻、抗电磁和无线电频率干扰、动态范围大、响应时间短、测量精度高等优点，并可进行微区测量、远距离测量及生物体中的测量。特别是针对玻璃电极pH传感器的不足，荧光光纤pH化学传感器在限制碱误差、缩短平衡时间、拓宽动态范围、增强信号稳定性以及使用寿命上都有了很大的改进。

荧光光纤pH化学传感器是由光谱分析技术和光纤传感技术结合而构成的一类新型的pH检测装置。由于各种光学硬件在近年变得廉价,可将传统的光学与纤维光学结合,通过在光纤端部修饰一层化学pH识别光极膜，来制备新型光纤化学传感器。当被测组分与化学pH识别光极膜中的试剂作用时,就会引起光极膜的光学变化(如吸收、反射、荧光、散射等)，这种变化通过光导纤维收集并导入光检测系统，从而获得测量信号。其中寻找合适的新型pH敏感载体，对于荧光光纤pH化学传感器的研制是非常必要的。

同时随着研究的深入，荧光比率传感器越来越受到重视，一种是利用荧光试剂能对底物产生两个荧光强度(不同激发或发射波长处)的变化，从而消除设备本身条件和外界环境变化引起的测量误差；另一种是利用两种荧光试剂，即对pH变化敏感的敏感试剂和对pH变化不敏感的参比试剂实现荧光比率测量。然而目前这种具有双波长的、对pH敏感的荧光试剂还很少，荧光比率传感器的荧光染料普遍采用共聚方式进行化学pH识别光极膜的制备，使得不同批次化学pH识别光极膜的荧光强度存在差异，不适于大规模、连续的实际应用。因此，设计合成灵敏度高、选择性好、对光稳定、高量子产率的pH敏感荧光染料应用于荧光比率传感器是很有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种灵敏度高、选择性好、对光稳定、高量子产率的pH敏感荧光染料，并相应提供一种该pH敏感荧光染料的制备方法及其应用。

具体地，本发明的目的之一是提供一种具有萘酰亚胺和卟啉荧光特性的新型双荧光发射内参比pH敏感荧光染料；目的之二是提供具有萘酰亚胺和卟啉荧光特性的双荧光基团的分子内参比pH敏感荧光染料的合成方法；目的之三提供该荧光染料的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种pH敏感荧光染料，所述pH敏感荧光染料的分子中含有两个对pH响应的荧光基团，所述pH敏感荧光染料的分子结构式如式Ⅰ所示，其中M选自-NH₂或-COOH，R选自-(CH₂)_n-或-Ph-，2≤n≤4，

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的pH敏感荧光染料的制备方法，所述pH敏感荧光染料是通过希夫碱反应将萘酰亚胺衍生物与卟啉衍生物连接制备得到的；当M为-NH₂时，由脂肪族二醛或芳香族二醛作为连接桥梁；当M为-COOH时，由脂肪族直链二酰胺或对苯二酰胺类作为连接桥梁。

上述的pH敏感荧光染料的制备方法中，优选的，所述萘酰亚胺衍生物为N-烯丙基-4-(N-氨基乙烷)-1,8-萘酰亚胺，所述卟啉衍生物为5,10,15,20-四(4-氨基苯基)-21H,23H-卟啉，所述连接桥梁为对苯二甲醛。

上述的pH敏感荧光染料的制备方法中，优选的，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将所述对苯二甲醛溶解于有机溶剂中，加入N-烯丙基-4-(N-氨基乙烷)-1,8-萘酰亚胺，经反应后，过滤，所得滤液干燥后，得到化合物1；

(2)将化合物1溶解于有机溶剂中，与溶解有5,10,15,20-四(4-氨基苯基)-21H,23H-卟啉的有机溶剂混合，经反应后，得到含化合物2的溶液；

(3)向含化合物2的溶液中加入硼氢化钠，经反应后，过滤，所述滤液干燥后，得到pH敏感荧光染料。