以9-蒽醛為熒光基團(tuán)的吡唑啉衍生物熒光探針對(duì)Fe3+和Cu2+的檢測(cè)

羅杰偉 趙 波 張仕祿 賈飛云 劉 軍

(川北醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，南充 637000)

到目前為止，許多測(cè)量技術(shù)如原子吸收光譜法、核磁共振分光光度法和熒光技術(shù)等已經(jīng)被廣泛用于生物遺傳、藥物控制釋放、工業(yè)傳感和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。其中，熒光化學(xué)傳感器以其靈敏度高、響應(yīng)速度快、檢出限低、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)引起了研究者的極大興趣[1-8]。在重金屬離子中，F(xiàn)e3+和Cu2+是生物系統(tǒng)內(nèi)最重要的微量元素，參與了細(xì)胞水平上的許多生物和化學(xué)過程，如載氧活性、細(xì)胞代謝、酶促反應(yīng)和各種生物合成等，但是體內(nèi)Fe3+和Cu2+過多卻會(huì)給人的身體健康帶來(lái)傷害[9-10]。如Fe3+過多或缺乏可能導(dǎo)致免疫力低下、智力降低和抗感染能力降低，甚至誘發(fā)各種疾病等[11]。過量的Cu2+會(huì)在肝臟和腦組織內(nèi)積聚，從而引起肝硬化和腹水等疾病，甚至?xí)l(fā)生肝昏迷而死亡，也會(huì)導(dǎo)致語(yǔ)言不清、呆笑等病癥[12]。此外，在工業(yè)或者生活污水中的鐵、銅含量過高會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，F(xiàn)e3+/Cu2+對(duì)環(huán)境的污染和人體健康的危害日益受到了人們的廣泛關(guān)注。但開發(fā)高靈敏度、高選擇性的熒光化學(xué)傳感器應(yīng)用于生物和環(huán)境系統(tǒng)監(jiān)測(cè)Fe3+/Cu2+仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)[13-16]。

吡唑啉衍生物是一類重要的五元含氮雜環(huán)化合物，在醫(yī)藥和農(nóng)藥等方面有著優(yōu)良的生物活性和重要應(yīng)用，它們具有抗病毒、消炎、殺滅真菌、抗菌以及抗癌等廣泛生物活性[17-19]。吡唑啉環(huán)1位上N原子是分子作為電荷轉(zhuǎn)移的電子供給源，而與3位上碳原子的相鄰處則為電子接收部位，1、3位連有芳基時(shí)可構(gòu)成較大的π共軛體系。此外，吡唑啉環(huán)中2個(gè)氮原子的電子云密度較高，可作為電子給體，易于與電子受體化合物發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。吡唑啉衍生物因分子內(nèi)存在大π共軛體系而具有良好的光學(xué)性質(zhì)，可通過熒光光譜法檢測(cè)各種金屬離子[20-21]。因此，研究者通過在吡唑啉環(huán)上引入不同官能團(tuán)改變分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移的機(jī)制，從而豐富其分子結(jié)構(gòu)和拓寬其在離子識(shí)別方面的應(yīng)用，但目前關(guān)于吡唑啉衍生物同時(shí)選擇性識(shí)別Cu2+和Fe3+的報(bào)道還很少[22-25]。鑒于此，我們課題組合成了一種熒光分子探針 1，5-二苯基-3-(10-(嗎啉甲基)蒽-2-基)吡唑啉(PMAP)，研究了探針PMAP的離子識(shí)別性能,測(cè)定了PMAP在Fe3+、Cu2+和H+不同組合條件下的量子產(chǎn)率,考察了PMAP在實(shí)際水樣中檢測(cè)Cu2+和Fe3+的效果。結(jié)果表明，熒光傳感器PMAP可在環(huán)境監(jiān)測(cè)和工業(yè)傳感等領(lǐng)域通過儀器和裸眼監(jiān)測(cè)和檢測(cè)Fe3+/Cu2+。PMAP合成路線如Scheme 1所示。

Scheme 1 Synthesis route of compound PMAP

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)所用試劑均為市售分析純?cè)噭唤饘匐x子溶液所用金屬鹽均為高氯酸鹽水合物；實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水；溶劑均以標(biāo)準(zhǔn)方法處理。所用儀器有：Bruker 400MHz核磁共振儀(TMS為內(nèi)標(biāo)，CDC13為溶劑)、XT-4型雙目顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀(溫度計(jì)未校正)、CaryEclipse熒光分光光度計(jì)(美國(guó)VARIAN公司)、UV2550型紫外分光光度計(jì)(日本島津公司)、pHS-3C型酸度計(jì)、Bruker SMART 1000 CCD(德國(guó)Bruker公司)。

1.2 合 成

1.2.1 化合物1和化合物2的合成

參考文獻(xiàn)[26]方法合成9-羥甲基蒽(1)和9-溴甲基蒽(2)，其熔點(diǎn)分別為161～162 ℃和126～128 ℃(文獻(xiàn)值[26]：161～162 ℃和126～128 ℃)。

1.2.2 9-蒽甲基嗎啉(3)的合成在250 mL圓底燒瓶中加入2(5 g，18.45 mmol)、無(wú)水K2CO3(7.65 g，55 mmol)、80 mL 無(wú)水 CH3CN 和少量KI，攪拌回流9 h。冷卻至室溫，抽濾，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)出溶劑，用二氯甲烷和石油醚重結(jié)晶得到黃色顆粒狀固體 4.1 g，產(chǎn)率 80.4%。m.p.143～144 ℃。1H NMR(400 MHz，CDCl3，25 ℃ )：δ2.61～2.64(t，J=4.6 Hz，4H，—N—CH2—)，3.64～3.66(t，J=4.6 Hz，4H，—O—CH2—)，4.46(s，2H，Ar—CH2—)，7.46～7.56(m，4H，Ar—H)，8.00～8.03(m，2H，Ar—H)，8.44(s，1H，Ar—H)，8.48～8.49(d，J=4 Hz，1H，Ar—H)，8.51(s，1H，Ar—H)。13C NMR(100 MHz，CDCl3)：δ53.65，54.54，67.11，76.77，77.09，77.41，124.84，124.99，125.63，127.55，128.96，129.10，131.35，131.39。

1.2.3 1-(10-(嗎啉甲基)蒽-2-基)乙酮(4)的合成

250 mL三頸瓶中加入 3(1 g，3.6 mmol)、乙酰氯(1.7 g，22 mmol)和50 mL無(wú)水二氯甲烷，在冰鹽浴下攪拌，溫度冷卻至-5～0℃時(shí)，分批加入0.96 g無(wú)水三氯化鋁，拆去冰浴，攪拌至溫度升到10℃。抽濾，無(wú)水二氯甲烷洗滌，粗產(chǎn)品緩慢加入150 mL冰和濃鹽酸的混合溶液中，用二氯甲烷和水萃取，飽和Na2CO3溶液洗至pH=7，無(wú)水MgSO4干燥，抽濾，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)出溶劑,經(jīng)柱層析純化(石油醚/二氯甲烷，4∶1，V/V)得黃色固體0.35 g，產(chǎn)率30%。m.p.158～160℃。1H NMR(400 MHz，CDCl3，25 ℃)：δ2.60～2.62(t，J=4.4 Hz，4H，—N—CH2—)，2.77(s，3H，—COCH3)，3.63～3.65(t，J=4.4 Hz，4H，—O—CH2—)，4.44(s，2H，Ar—CH2—)，7.51～7.63(m，2H，Ar—H)，8.03～8.07(m，2H，Ar—H)，8.49～8.53(m，2H，Ar—H)，8.58(s，1H，Ar—H)，8.64～8.65(d，J=4 Hz，1H，Ar—H)。13C NMR(100 MHz，CDCl3)：δ26.44，53.52，54.42，66.97，122.86，124.99,125.44,125.58,126.91,129.17，130.06，131.69，132.23，132.90，133.37。

1.2.4 1-(10-(嗎啉甲基)蒽-2-基)-3-苯基丙基-2-烯-1-酮(5)的合成

2.嫖宿行為的構(gòu)成，除了自然性交外，口交、手淫、肛交等也可構(gòu)成，而奸淫行為的構(gòu)成，只限于自然性交。這就意味著，在目前的情況下，強(qiáng)奸罪已無(wú)法容納“嫖宿”行為，嫖宿幼女罪難以“并入”強(qiáng)奸罪。

100 mL圓底燒瓶中加入7 g KOH、10 mL水、50 mL 95%乙醇，冷卻至室溫，加入4(0.638 g，2 mmol)、苯甲醛(0.318 g，3 mmol)，在15 ℃攪拌3 h。過濾，水洗，無(wú)水乙醇重結(jié)晶得黃色固體0.51 g，產(chǎn)率62.7%。m.p.140～142 ℃。1H NMR(400 MHz，CDCl3，25 ℃)：δ2.61～2.64(t，J=4.4 Hz，4H)，3.64～3.66(t，J=4.4Hz，4H),4.46(s,2H),7.46～7.47(m，3H)，7.53～7.55(m，1H)，7.59～7.63(m,1H)，7.72～7.75(m，3H)，7.90～7.94(d，J=16 Hz，1H)，8.05～8.07(m，1H)，8.11～8.12(m，1H)，8.50～8.52(m，1H)，8.56～8.58(d，J=8 Hz，1H)，8.61(s，1H)，8.725～8.73(d，J=1.92 Hz，1H)。13C NMR(100 MHz，CDCl3)：δ53.55，54.45，66.99，121.75，123.52，125.02，125.43，125.82,126.90,128.42,128.92,129.19，130.10，130.13，130.49,131.71,131.88,132.27,132.88，134.39，134.90，144.58。

1.2.5 1，5-二苯基-3-(10-(嗎啉甲基)蒽-2-基)吡唑啉(PMAP)的合成

50 mL 圓底燒瓶中加入 5(0.5 g，1.2 mmol)、10 mL無(wú)水乙醇，加熱至溶解。加入苯肼(0.199 g，1.18 mmol)和一粒氫氧化鈉，回流16 h。冷卻，加適量水，析出黃色固體，抽濾，水洗，無(wú)水乙醇重結(jié)晶得0.21 g，產(chǎn)率35%。m.p.266～267 ℃。1H NMR(400 MHz，CDCl3)：δ2.61～2.64(t，J=4.6 Hz，4H，—N—CH2—)，3.33～3.35(d，J=8 Hz，1H)，3.64～3.66(t，J=4.6 Hz，4H，—O—CH2—)，3.99～4.01(d，J=8 Hz，1H)，4.44(s，2H，Ar—CH2)，5.36～5.38(d，J=8 Hz，1H)，6.80～6.84(m，1H，Ar—H)，7.14～7.16(t，J=8.46 Hz，2H，Ar—H)，7.20～7.24(m，2H，Ar—H)，7.27～7.30(m，2H，Ar—H)，7.36～7.37(t，J=4.08 Hz，3H，Ar—H)，7.46～7.50(m，1H，Ar—H)，7.512～7.514(m，1H，Ar—H)，7.83～7.84(d，J=4 Hz，1H，Ar—H)，7.96～7.98(d，J=8 Hz，1H，Ar—H)，8.26～8.29(m，1H，Ar—H)，8.34(s，1H，Ar—H)，8.46～8.49(m，2H，Ar—H)。13C NMR(100 MHz，CDCl3)：δ43.13，53.56，54.44，64.47，67.06，76.63，76.94，77.26，113.39，119.20，123.36，125.02，125.20，125.71,125.78,127.54,127.67,128.82，128.88，129.10，129.36,130.97,131.10,131.65,131.74，142.44，144.48，146.47。

1.3 光譜實(shí)驗(yàn)

稱量0.004 7 g(0.01 mmol)PMAP于100 mL容量瓶中，以乙腈為溶劑配成濃度為0.1 mmol·L-1的溶液。配制濃度為0.1 mmol·L-1的 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Ag+、Fe3+、Ni2+、Mn2+、Ba2+、Co2+、Zn2+、Hg2+等離子的高氯酸鹽溶液。移取0.1 mL PMAP溶液和0.1 mL金屬陽(yáng)離子溶液分別置于10 mL容量瓶中，用乙腈稀釋至10 mL，搖勻，靜置24 h。室溫下，以乙腈為參比，在波長(zhǎng)為200～900 nm條件下測(cè)定混合溶液的紫外可見吸收強(qiáng)度；在激發(fā)波長(zhǎng)為360 nm和狹縫寬度d=5 nm的條件下測(cè)定熒光強(qiáng)度。

1.4 晶體結(jié)構(gòu)檢測(cè)

將PMAP溶于乙腈溶液，利用乙醚揮發(fā)性析出PMAP單晶，選取合適晶體用于單晶結(jié)構(gòu)測(cè)試。用Bruker SMART 1000 CCD衍射儀，選擇石墨單色器單色化的MoKα射線(λ=0.710 73 nm)，在296 K下收集衍射數(shù)據(jù)。利用SAINT5.0和SHEIXTL-97[27]程序完成化合物的數(shù)據(jù)還原和數(shù)據(jù)解析。采用全矩陣最小二乘法對(duì)晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接法解析。氫原子坐標(biāo)經(jīng)差值Fourier合成得到，非氫原子坐標(biāo)由直接法得到。氫原子采用各向同性熱參數(shù)修正，其它原子采用各向異性熱參數(shù)修正[28-29]。化合物PMAP的晶體學(xué)參數(shù)列于表1。

CCDC：2051694。

表1 PMAP的晶體學(xué)參數(shù)Table 1 Crystal data and structure refinement for PMAP

2 結(jié)果與討論

2.1 PMAP的晶體結(jié)構(gòu)

在探針PMAP的晶體結(jié)構(gòu)中，C1～C6平面和吡唑啉環(huán)近似共平面(二面角為0.62°)，C8～C13平面與吡唑啉環(huán)夾角為88.6°，C8～C13幾乎垂直這2個(gè)平面。而嗎啉環(huán)與蒽環(huán)和吡唑啉環(huán)之間夾角分別為73.48°和67.8°(圖1a)。相鄰分子之間依靠C—H…N氫鍵和C—H…O氫鍵以及苯環(huán)平面之間π…π堆積作用自組裝成有序的超分子結(jié)構(gòu)(圖1b)。

圖1 (a)PMAP的30%橢球概率晶體結(jié)構(gòu)圖;(b)PMAP的晶體堆積圖Fig.1 (a)Molecular structure of PMAP with probability level of 30%;(b)Crystal packing of PMAP

2.2 光譜分析

如圖2a顯示，加入Fe3+，PMAP的紫外可見吸收光譜在267和380 nm的吸光度分別從1.26、0.74上升到2.24和1.1，在610 nm出現(xiàn)新吸收峰，吸光度為0.27；加入Cu2+后，267 nm處的吸光度從1.26升至1.6；380 nm處從0.74降至0.3，610 nm出現(xiàn)峰值為0.23的新吸收峰，其它離子沒有變化。圖2b表明，加入Fe3+和Cu2+后，PMAP熒光強(qiáng)度分別在577和532 nm處發(fā)生明顯猝滅，其中，加入Fe3+時(shí)發(fā)生約45 nm紅移，其它離子對(duì)PMAP的熒光強(qiáng)度無(wú)影響。可能是Fe3+和Cu2+的軟硬酸堿配位作用導(dǎo)致熒光猝滅，具有“on-off”開關(guān)性能。另外，加入Fe3+和Cu2+后，溶液顏色從淡黃色變?yōu)樗{(lán)色(圖3)，其他離子加入后溶液顏色沒有變化，即裸眼可判斷探針PMAP選擇性識(shí)別Fe3+和Cu2+。

圖2 加入不同離子后PMAP在乙腈水溶液中紫外可見吸收光譜(a)和熒光光譜(b)Fig.2 UV-Vis absorption spectra(a)and fluorescence spectra(b)of PMAP with various cations

圖3 加入不同離子后PMAP溶液顏色變化Fig.3 Color changes of PMAP after addition of various ions

2.2.2 紫外可見滴定和熒光滴定

鑒于PMAP對(duì)Fe3+和Cu2+具有較好識(shí)別，利用Fe3+/Cu2+對(duì)PMAP進(jìn)行紫外可見滴定和熒光滴定。在Fe3+對(duì)PMAP紫外可見滴定中，267、380和610 nm處各個(gè)峰吸光度增強(qiáng)(圖4a)。在360 nm的激發(fā)波長(zhǎng)下，在 0～1.0 μmol·L-1范圍內(nèi)的熒光滴定實(shí)驗(yàn)中，隨著Fe3+濃度增大，PMAP熒光強(qiáng)度從660降至193，最大峰位向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，從532 nm移到567 nm(圖4b)。紅移原因可能是吡啶環(huán)上N原子參與了配位，熒光猝滅被抑制。同樣，在Cu2+對(duì)PMAP的紫外可見滴定中，380 nm處峰值不斷下降，在267和610 nm處強(qiáng)度逐漸增大，但變化程度較小(圖5a)。隨著Cu2+濃度的增大，PMAP在532 nm的熒光強(qiáng)度從937逐漸降低到0，同時(shí)在425 nm出現(xiàn)了一個(gè)熒光強(qiáng)度逐漸增大的新峰，強(qiáng)度從0到189(圖5b)。Job曲線圖顯示探針PMAP與Fe3+/Cu2+配位比為1∶1，可能是PMAP能提供一個(gè)合適的空間來(lái)容納Fe3+/Cu2+。

圖4 加入不同濃度Fe3+后PMAP的紫外可見吸收光譜(a)和熒光光譜(b)Fig.4 UV-Vis absorption spectra(a)and fluorescence spectra(b)of PMAP after addition of Fe3+with various concentrations

圖5 加入不同濃度Cu2+后PMAP的紫外可見吸收光譜(a)和熒光光譜(b)Fig.5 UV-Vis absorption spectra(a)and fluorescence spectra(b)of PMAP after addition of Cu2+with various concentration

2.2.3 抗酸性研究

如圖6a所示，在H+對(duì)PMAP的紫外可見滴定中，在380 nm處，當(dāng)pH=1～4時(shí)，峰值隨pH值的增大而增大，但pH=4～7時(shí)，峰值變化較小；在610 nm處，pH=1時(shí)，強(qiáng)度明顯降低，但pH≥2時(shí)，強(qiáng)度變化不大。熒光滴定發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH=5～7時(shí)，熒光強(qiáng)度基本不變；pH≤4時(shí)，熒光強(qiáng)度突然驟降并紅移；pH=1時(shí)，熒光完全猝滅(圖6b)，說明嗎啉環(huán)上的O原子、N原子以及吡啶環(huán)上的N原子容易質(zhì)子化。結(jié)果表明，PMAP傳感器檢測(cè)Fe3+/Cu2+的pH值范圍為5～7。

圖6 pH值對(duì)PMAP紫外可見吸收光譜(a)和熒光光譜(b)的影響Fig.6 Effect of pH value on UV-Vis absorption spectra(a)and fluorescence spectra(b)of PMAP

2.2.4 配位干擾實(shí)驗(yàn)

為了排除其他離子干擾，研究了Fe3+、Cu2+與其他金屬離子共存時(shí)，探針PMAP在532 nm處的熒光變化情況。結(jié)果證實(shí)，分別加入堿金屬和堿土金屬如 K+、Na+、Hg2+、Ca2+、Mg2+、Ba2+和過渡金屬如 Cd2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Mn2+后，PMAP對(duì)Fe3+和Cu2+的響應(yīng)基本不受影響(圖7)，說明PMAP對(duì)Fe3+和Cu2+有良好的選擇性識(shí)別。

圖7 在PMAP、Fe3+和Cu2+共存時(shí)加入金屬離子后熒光強(qiáng)度變化Fig.7 Effect of coexisting ions on fluorescence intensity of the solution containing PMAP,Fe3+,Cu2+

2.3 量子產(chǎn)率測(cè)定

在探針 PMAP 的乙腈溶液(10 μmol·L-1)中分別加 入 Cu2+(20 μmol·L-1)、Fe3+(20 μmol·L-1)和 H+(20 μmol·L-1)，在激發(fā)波長(zhǎng)為360 nm下測(cè)其熒光強(qiáng)度。以蒽(1.0 μmol·L-1)為參比(室溫，Φf=0.36)，運(yùn)用公式Y(jié)u=YsIuAs/(IsAu)計(jì)算量子產(chǎn)率(表 2)，其中Yu為待測(cè)物質(zhì)量子產(chǎn)率，Ys為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量子產(chǎn)率，Is為蒽的熒光積分強(qiáng)度，As為在360 nm時(shí)紫外可見吸光度，Iu和Au分別為化合物PMAP熒光積分強(qiáng)度和紫外可見吸光度。

表2 PMAP的乙腈溶液(1.0 μmol·L-1)中加入Fe3+、Cu2+、H+不同組合時(shí)的熒光量子產(chǎn)率Table 2 Fluorescence quantum yield of PMAP(1.0 μmol·L-1)upon addition of different combinations of Fe3+,Cu2+,H+in acetonitrile

2.4 分子邏輯門

分子邏輯門是在分子水平上的邏輯操作來(lái)描述邏輯門、輸入和輸出信號(hào)，可通過改變離子性質(zhì)、滴加順序或者激發(fā)波長(zhǎng)獲得不同的熒光發(fā)射波長(zhǎng)和熒光強(qiáng)度。由于Fe3+和Cu2+加入后探針PMAP熒光強(qiáng)度減弱以及pH＜4時(shí)PMAP熒光強(qiáng)度降低，考察了PMAP中滴加Fe3+、Cu2+和H+不同組合時(shí)的熒光強(qiáng)度變化。圖8顯示，Cu2+、Fe3+、H+以不同組合加入到PMAP中會(huì)產(chǎn)生不同的熒光輸出信號(hào)，PMAP滿足三輸入NOR邏輯門條件，可構(gòu)建出NOR分子邏輯門以及分子熒光開關(guān)等運(yùn)算與控制單元。

圖8 PMAP溶液中加入Fe3+、Cu2+和H+不同組合時(shí)的熒光強(qiáng)度變化Fig.8 Fluorescence intensity of PMAP upon addition of different combinations of Cu2+,Fe3+and H+

依據(jù)上述體系熒光性質(zhì)，以PMAP的乙腈溶液為起始狀態(tài)，熒光輸入信號(hào)Input1、Input2和Input3分別為Cu2+、Fe3+和H+，將其設(shè)計(jì)成一個(gè)NOR分子邏輯門，真值表列于表3。結(jié)合表2中量子產(chǎn)率，規(guī)定邏輯門閥值為0.1，量子產(chǎn)率大于0.1設(shè)定為輸出信息號(hào)1，量子產(chǎn)率小于0.1設(shè)定輸出信號(hào)為0。如表3所示，只有輸入信號(hào)為(0，0，0)時(shí)，體系有強(qiáng)熒光，量子產(chǎn)率大于0.1，體系輸出信號(hào)為1；其他7種輸入信號(hào)為(1，0，0)、(0，1，0)、(0，0，1)、(1，0，1)、(0，1，1)、(1，1，0)、(1，1，1)時(shí)，體系有弱熒光，量子產(chǎn)率小于0.1，輸出信號(hào)均為0，說明該體系是一個(gè)典型的NOR邏輯系統(tǒng)(圖 9)。

圖9 PMAP的NOR邏輯門循環(huán)示意圖Fig.9 Circulation diagram of NOR logic gate for PMAP

表3 PMAP的NOR邏輯門真值表Table 3 Truth table of NOR logic gate for PMAP

2.5 識(shí)別機(jī)理探討

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[30-32],探針PMAP能較好地選擇性識(shí)別 Fe3+、Cu2+并形成 1∶1型穩(wěn)定的配合物,可能是PMAP環(huán)上氮原子和氧原子中孤對(duì)電子發(fā)生躍遷，與Fe3+、Cu2+上d軌道形成d-π型配合物(Scheme 2)。根據(jù)Schellhamr的經(jīng)驗(yàn)，在吡唑啉基的1位、3位和5位引入苯基等助色基團(tuán)可增加其熒光性；Fe3+、Cu2+的引入也可能受芳環(huán)上π電子的作用，增強(qiáng)了主體對(duì)客體的包結(jié)能力，這對(duì)識(shí)別Fe3+、Cu2+可能也起了一定的作用。而根據(jù)軟硬酸堿理論，PMAP環(huán)上雜原子作為軟給體原子與軟金屬銅、鐵有強(qiáng)的親和力也是主體識(shí)別Fe3+和Cu2+的動(dòng)力之一。因此，PMAP在環(huán)上雜原子的配位作用及芳環(huán)上π電子等弱非共價(jià)鍵的協(xié)同作用下能夠較好地識(shí)別Fe3+和Cu2+。

Scheme 2 Proposed recognition mechanism of Fe3+(a)and Cu2+(b)by PMAP

2.6 水樣檢測(cè)

為了進(jìn)一步探索傳感器在實(shí)際水樣中的應(yīng)用潛力，采集了南充市嘉陵江水和自來(lái)水2種實(shí)際水樣，并進(jìn)行了膜預(yù)處理以去除懸浮物，然后分別在實(shí)際水樣中加入不同量的Cu2+和Fe3+，計(jì)算其回收率。結(jié)果如表4和表5所示，PMAP對(duì)Cu2+的重現(xiàn)率為99.4%～103.2%，對(duì)Fe3+的重現(xiàn)率為98.3%～102.3%，表明PMAP對(duì)實(shí)際水樣中Cu2+和Fe3+的測(cè)定具有較高的準(zhǔn)確度和一定的應(yīng)用前景。

表4 在實(shí)際樣品中檢測(cè)Cu2+Table 4 Application in practical samples for detection of Cu2+

表5 在實(shí)際樣品中檢測(cè)Fe3+Table 5 Application in practical samples for detection of Fe3+

3 結(jié)論

合成了一種新型熒光探針1，5-二苯基-3-(10-(嗎啉甲基)蒽-2-基)吡唑啉(PMAP)，利用紫外可見吸收光譜和熒光發(fā)射光譜考察其對(duì)金屬離子的識(shí)別性能。探針PMAP對(duì)Fe3+、Cu2+具有良好的識(shí)別效果，熒光量子產(chǎn)率分別從0.14降到0.05和0.04，溶液顏色從淡黃色變?yōu)樗{(lán)色，其中加入Fe3+時(shí)紅移約45 nm。PMAP與Fe3+/Cu2+以1∶1的化學(xué)計(jì)量比形成配合物，檢測(cè)限約為 1 μmol·L-1。通過調(diào)控 Fe3+、Cu2+和H+輸入信號(hào)使PMAP熒光猝滅，在分子水平構(gòu)建了簡(jiǎn)單而有效的NOR邏輯電路。另外，在實(shí)際樣品中的應(yīng)用表明，PMAP可有效地用于實(shí)際水樣中Cu2+和Fe3+的檢測(cè)。因此，熒光傳感器PMAP可通過儀器和裸眼在環(huán)境監(jiān)測(cè)和工業(yè)傳感等領(lǐng)域監(jiān)測(cè)和檢測(cè)Fe3+/Cu2+。

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