[发明专利]一种用于水环境中金属离子检测的有机化合物及其应用

说明书

本发明公开了一种用于水环境中金属离子含量检测的有机化合物，所述化合物以N，N‑二酰胺吡啶烷基胺作为金属离子络合体，在其分子中引入生色基团或荧光基团，生成金属离子特别是铜离子的显色指示剂或荧光指示剂。本发明的化合物还可以被固定在亲水高聚物上，利用生色基团或荧光基团的特性制成可以多次使用的可逆金属离子荧光探针，能够适用于各种环境中的金属离子浓度的连续检测，尤其是对铜离子浓度的连续测定。

技术领域

本发明属于有机化合物领域，尤其涉及一种可用于检测水环境中金属离子的有机化合物及其相关应用。

背景技术

铜元素是人体必不可少的微量元素之一，有30多种蛋白质和酶含有铜，对造血过程、细胞繁殖、酶的活性以及某些内分泌功能都是不可缺少的[1]。但是含量过高或过低都会对人体健康产生危害，尤其是过量的铜对人体的危害非常大。对人体和水生生物而言，游离态铜离子的危害要比络合态铜大很多。过量的铜离子对许多水生生物有极大的负作用，主要原因在于铜离子与蛋白质中的巯基结合，干扰巯基酶的活性，如在珊瑚、水草等生态缸中若有过量的铜离子，将很快使其毙命[2]。有资料显示，水中Cu²⁺质量浓度为0.001mg·L^-1时，水体的自净过程就会受到阻滞，蓝藻不能顺利发育；Cu²⁺可以破坏鱼体中的盐水平衡，引起鱼体粘液过量地分泌，使鱼鳃严重脱水而死亡；Cu²⁺还可以引起鱼类的饵料-桡足类和硅藻的大量死亡，如其质量浓度为0.0024mg·L^-1时可使桡足类致死[1]。铜是生活饮用水卫生标准中的必测指标，水中Cu²⁺的质量浓度超过5mg·L^-1时，使水有色并产生苦味；超过1mg·L^-1时，无法饮用并可使洗过的衣服有色。

铜的污染主要来源于电镀、冶金、化工等行业。为快速、及时、准确地检测监测水质，确保人们获得安全饮用水，水环境中铜离子的测定就尤为重要。人体摄取铜微量元素主要是从食物、水及环境中获得，因此，食品或水中铜的分析研究，具有实际的意义。

因此，铜离子检测研究成为了科学研究领域中一个重要的科研课题。目前检测铜元素的传统方法常用铜试剂光度法、溶剂萃取光度法、催化光度法、比色法、原子吸收光谱法、火焰离子光度法、极谱仪法等[1]，由于铜离子在水中微量存在，经常要求测定mg·L^-1甚至μg L^-1级的痕量数据，由于分析仪器的灵敏度及检出限的关系，许多仪器在测定这些试样中的痕量组分往往会遇到困难，因此，研发选择性好灵敏度高的铜离子检测方法具有重要的实际意义。

由于上述测试方法的几点劣势(仪器贵重，耗时，步骤复杂，专业性强)，荧光传感器检测金属离子的方法以其独特的优点引起了人们广泛关注和极大兴趣，并在近些年得到了较大的发展。荧光传感器离子检测拥有众多的优点，有望替代此前描述的传统方法。比如，测试过程快捷方便，价格低廉，“裸眼”可视化检测，选择性好，灵敏度高，分子结构易于修饰优化。

目前，虽然文献报道了很多铜离子识别载体，但是目前所用的铜离子识别载体只能用于单次测定，无法连续使用也就无法实现自动化检测。

发明内容

针对现有技术的上述及其他缺陷，本申请的发明人通过大量创造性的研究工作，发明了一种效率高、灵敏度好及重现性好的用于水环境中的金属离子尤其是铜离子含量检测的有机化合物，该化合物可固定在亲水的高聚物上，可制成多次使用的可逆的离子荧光探针，适用于各种环境中的离子浓度的连续检测。

为实现上述及其他目的，本发明提供如下技术方案。

在本发明第一方面，提供一种用于尿液中金属离子含量检测的有机化合物，所述化合物包含取代或未取代的N，N-二酰胺吡啶烷基胺作为金属离子络合体，并在N，N-二酰胺吡啶烷基胺的氨基位引入了生色基团或荧光基团。

一种优选实施方式中，所述化合物具有如下结构式：