熒光探針法檢測廢水中劇毒硫化物的應用探究

吳安洋

摘要：本文設計并合成了一種有機熒光功能探針分子，并用于檢測水中劇毒污染物苯硫酚的含量。分子設計基于反應型原理，在待測水樣本中加入探針分子，探針分子與苯硫酚發生化學反應，釋放出熒光團。在特定波長的激發下，探針分子發出熒光，從而檢測苯硫酚的存在并對其含量進行精確測量。熒光強度與苯硫酚濃度相對應，通過制成工作曲線，即可對未知樣品中苯硫酚的含量進行測定。在本課題中，通過熒光工作曲線最終測得待測樣品的苯硫酚含量為3.28M。

關鍵詞：熒光探針；苯硫酚；實際樣品檢測；光致電子轉移

1.研究背景

1.1 苯硫酚

苯硫酚是一種化學式為C6H5SH的有機硫化合物，也可以寫成PhSH。它是一種無色液體，具有特殊的難聞氣味。由于它是一種非常重要的化學中間體，因此被廣泛用于合成農藥，催化劑，阻聚劑，燃料等。它是一種劇毒化合物，對眼睛，粘膜，呼吸道和皮膚有很強的刺激性。呼吸苯硫酚可能會導致中毒，甚至在嚴重時死亡。[1]長期接觸苯硫酚會導致中樞神經和其他神經系統嚴重受損，包括呼吸短促，肌肉無力，后肢癱瘓，昏迷，甚至死亡，半數致死劑量（LC50）魚用0.01-0.4mM。[2，3]

1.2 目前用于苯硫酚檢測的方法

目前，主要有四種檢測苯硫酚的方法，即碘化，紫外吸收光譜法，電化學分析和熒光分析（本文所采用的方法）。[4，5]與目前的熒光光譜法相比，其它方法準確性較低，時間消耗較大，儀器昂貴以及預處理較為繁瑣。[6]

1.3項目設計

在本文中，為了找到更好的方法來檢測廢水中的苯硫酚，以便消除苯硫酚污染，探索熒光分析的實用性，設計了一種熒光探針，可以特異性地檢測苯硫酚的存在并發出熒光。設計的分子主要由三部分組成：熒光報告組，檢測位點和PEG鏈。選擇1，8-萘二甲酰亞胺作為熒光報告組。檢測部位為2，4-二硝基苯磺酸鹽，可以淬滅報告組的熒光。PEG鏈將幫助探針溶解在水中以檢測苯硫酚。在與分析物（硫醇酚，一種劇毒的工業廢物）發生親核反應后，從探針上切下2，4-二硝基苯磺酸猝滅劑基團，探針再次以1，8-萘二甲酰亞胺的強熒光發光。因此可以檢測廢水中的有毒分析物。

2.實驗部分

2.1 試劑和儀器

除非另有說明，否則所有試劑均按標準說明進行使用。所有氧氣或濕氣敏感反應均在氬氣氛下使用標準Schlenk方法進行。所有其他試劑均具有分析純度，無需進一步處理即可使用。使用的溶劑是分析級的，除了重結晶和光學測試之外，在使用前蒸餾。在涂有硅膠60F254（MERCK）的鋁板上進行薄層色譜（TLC）。使用Bruker AM-400光譜儀記錄1 H NMR光譜。DMSO-d6，CDCl3用作溶劑。分別使用Varian Cary 500和Varian Cary Eclipse記錄吸收和熒光光譜。

2.2合成與表征

合成路線如圖2-1所示。合成目標產物化合物5主要有兩個步驟。

化合物3的合成

在反應之前，首先用氬氣氛填充反應器。使用雙瓶頸燒瓶，其中一個頸部與三通閥連接。將閥門連接到充滿氬氣的氣球上。首先用油泵抽出燒瓶中的空氣，然后打開閥門，用氬氣填充燒瓶。重復三次后，認為燒瓶充滿氬氣氛，為下面的反應做好準備。

將0.10g化合物1（0.30mmol）和2.0mL TEA溶解在10.0mL DCM中。然后將0.13g化合物2（0.40mmol）的5.0mL DCM溶液逐滴加入溶液中，通過漏斗。將反應保持過夜直至TLC顯示反應完成。然后加入飽和NaCl溶液洗滌三次，分離有機層。使用旋轉蒸發器蒸發有機溶劑。通過二氧化硅柱純化得到的殘余物，洗脫液為DCM：甲醇= 100：1（v / v）。得到黃色產物（0.17g），產率80%。

化合物5的合成.

將50.0mg（0.10mmol）化合物3，20.0mg（0.10mmol）PEG和9.30mg（0.025mmol）四（乙腈）銅（I）六氟磷酸溶于10mL DCM /水（4：1）的混合溶液中，v / v）雙瓶頸燒瓶。作為第一步，向燒瓶中充入氬氣。在室溫下反應5小時后，加入水以淬滅反應。保留有機相并用旋轉蒸發蒸發。柱色譜（DCM的洗脫液：甲醇= 100：1（v / v））用于純化產物，得到目標產物化合物5（0.13g），產率70%。

3. 實驗結果與討論

3.1 探測對苯硫酚的熒光反應

在Varian Cary Eclipse熒光光譜儀上測量所有熒光光譜。通過將7.7mg探針溶解在10mL DMSO中來制備探針的1mM儲備溶液。然后將2mL PBS緩沖溶液（0.01M pH = 7.4）加入到光程為1cm的石英比色杯中。然后將10μM探針原液移至細胞中，使最終濃度為5μM。以相同方式制備濃度為2mM的苯硫酚在DMSO中的儲備溶液。連續添加2到10？M。將苯硫酚儲備溶液加入含有5μM探針的比色杯中，得到一系列含有苯硫酚的溶液，濃度為2至10μM。然后測試具有不同比例的苯硫酚的探針的熒光，激發波長為400mm，發射波長為530mm（圖3-1）。隨著苯硫酚添加量的增加，隨著噻吩酚淬滅2，4-二硝基苯磺酸鹽單元，探針的熒光顯著且迅速地增強。這種明顯的現象表明我們設計的探針對苯硫酚底物的快速響應。

進一步驗證了我們的探針對其他含硫化合物的選擇性。將各種選擇的陰離子（100μM）和氨基酸（100μM）加入到探針溶液（5μM）中，溫育2分鐘，然后記錄熒光光譜。如圖3-2所示，與苯硫酚相比，沒有觀察到明顯的信號，因為其他離子和有機化合物被添加到探針溶液中。因此，設計的探針對其他含硫化合物的苯硫酚表現出良好的選擇性。

4.實驗結論與展望

成功設計了一種對苯硫酚具有快速準確檢測性能的熒光探針。該探針用于檢測真實水樣和活細胞中苯硫酚的濃度，證明了其在環境和生物分析中的廣泛應用。與傳統的苯硫酚分析方法相比，新設計的熒光探針具有以下幾個優點：i）設計的探針易于合成，并且當呈現苯硫酚時證明具有快速熒光。 ii）隨著苯硫酚濃度的增加，熒光強度呈線性增加，檢出限降至10.8 nM。 iii）設計探針選擇性地響應苯硫酚衍生物而不是其他含硫化合物和常見離子，使其具有高靶選擇性。 iv）探針表現出低細胞毒性，這是生物傳感的先決條件。因此，快速響應，低LOD，高選擇性以及環保和低細胞毒性特征使得探針在環境和生物應用中的實際和現場檢測苯硫酚方面更有能力。

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