CN107488147A - 一种荧光探针及其制备方法与应用 - Google Patents

一种荧光探针及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种荧光探针及其制备方法与应用，属于分析检测技术领域。本发明的荧光探针具有如式(Ⅰ)所示的结构式。本发明的荧光探针可特异性识别异氰酸酯，且该荧光探针与异氰酸酯类化合物反应后，其荧光发射波长发生蓝移，因此该荧光探针可实现对异氰酸酯类化合物的比率型荧光检测，用于液体环境、空气环境、化学样品等中异氰酸酯的检测分析。本发明荧光探针光稳定性好，且其检测异氰酸酯类化合物的特异性、灵敏度和选择性高。

Description

一种荧光探针及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种荧光探针及其制备方法与应用，具体涉及一种用于检测异氰酸酯类化合物的荧光探针及其制备方法与应用，属于分析检测技术领域。
背景技术
异氰酸酯是一大类含有异氰酸酯基(-N＝C＝O)的有机化合物。常见的有；2-氯乙基异氰酸酯(2-chloroethyl isocyanate,CEI)，甲苯二异氰酸酯(TDI)，具有两种同分异构体(2,4-TDI和2,6-TDI)；二苯基甲烷二异氰酸酯MDI，1,6-乙二异氰酸酯(HexamethyleneDiisocyanate,HDI)和异佛尔酮二异氰酸酯IPDI等。其中，甲苯二异氰酸酯(TDI)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)产量最高，应用最广。异氰酸酯基是一种高度不饱和基团，具有很高的反应活性，能与多类含活泼氢的有机物发生反应。
异氰酸酯类有机物对生物体的危害是多方面的。在空气中异氰酸酯以蒸气态和气溶胶态的形式存在，主要以呼吸和皮肤接触两种形式进入生物体。呼吸道接触异氰酸酯会产生支气管炎症甚至哮喘等症状；皮肤接触后会产生皮肤感染甚至过敏性皮炎难以治愈；眼睛接触后会刺激生物体眼部粘膜，出现刺痛流泪等症状，严重者会产生眼部结膜炎；异氰酸酯类有机物对人体的造血功能有一定的影响，部分从事聚氨酯生产和科研的工作人员的血小板数有一定程度减少；如果长期处于较高浓度的异氰酸酯类有机物的环境中，人体的心脏和中枢神经***会受到不同程度的损害；更严重的是异氰酸酯类有机物会与生物细胞中大分子发生反应，引起生物体碱基互换、框架变异，甚至染色体缺失。因此，灵敏、可靠的异氰酸酯类化合物的检测具有重要意义。
迄今为止，国内外研究人员对硫化氢的检测进行了大量的研究。发展至今比较成熟的具体方法有分光光度法、气相色谱法、高效液相色谱法等。分光光度法是基于不同样品浓度呈现不同的颜色，而致使物质吸光度不同，并进行测定的一种检测方法。分光光度仪与其他仪器相比，使用方便，操作简单，价格低廉，所用的显色剂也比较易得，成本较低。异氰酸酯类有机物常用的分光光度法有正丁胺-孔雀绿分光光度法、盐酸萘乙二胺分光光度法、对二甲氨基苯甲醛法三种。第三种方法较前两种有相对高的准确性和可靠性，而前两种方法会受到异氰酸酯不完全水解的局限，严重影响检测效果。因此，分光光度法虽然操作简单，但对实验样品的需求量较大；显色时间与显色效果的不稳定性也会对检测效果造成影响；分光光度法只能检测总的异氰酸酯，而不能对其中一种异氰酸酯的含量进行加测，实用性较低。气相色谱法具有较高的灵敏度和准确性，选择性高以及分析速度快。国标对TDI和MDI的检测方法是使用电子捕获检测器(ECD)进行检测，而ECD对卤素化合物的响应度较高。先把TDI和MDI在酸性条件下进行水解得到甲苯二铵(TDA)和二氨基二苯甲烷(MDA)，然后经七氟丁酸酐衍生后进行检测。有研究使用氢火焰离子检测器(FID)直接测定异氰酸酯类有机物的含量，这种方法虽然不需要衍生操作，但对色谱柱的眼球较高，需要能对TDI的异构体和MDI进行分离。因此，气相色谱法虽是目前比较成熟的异氰酸酯检测发放，但对实验的操作性要求很高，只能在实验室对异氰酸酯的含量进行检测，对场地的要求性很高，不能满足在任何地点即能测定异氰酸酯含量的要求，实用性仅限于实验室，不能为大众、工厂和工地所使用。气相色谱法最重要的一点是要将异氰酸酯类有机物气化，而异氰酸酯的沸点又较高，气化的温度较高会使聚合的异氰酸酯发生降解，从而直接影响异氰酸酯的检测效果。高效液相色谱法(HPLC)测定空气中异氰酸酯浓度的原理是，将异氰酸酯与衍生剂反应，得到稳定的衍生物，经浓缩处理或直接进样分析，得到结果。利用异氰酸酯易于与水和醇发生反应，所以得到稳定的衍生物后，再用高效液相色谱仪进行检测是较为常用的一种检测方法。经过多位科研工作者多年的研究改进，采用2PP作衍生剂的HPLC法，对混合的异氰酸酯分离效果优良，灵敏度高，能进行定性分析和定量检测，在今后可能会成为异氰酸酯的常规检测手段。Wu等以色胺作衍生剂，建立荧光-电化学双重检测方法，用冲击管盛色胺的甲苯溶液采样，HPTC分离，以荧光检测为定量基础，能有效地对多种异氰酸酯及其多聚体进行检测。尽管液相色谱法对异氰酸酯的检测效果很好，分离度和准确性高，但操作性高、成本高，不利于普及日常检测。
总之，当前比较成熟的方法都有其优缺点，操作简单成本低的分光光度法准确性不高，使用效果低；气相色谱法和液相色谱法虽然检测效果优秀，但需要衍生的步骤致使其操作发展，成本较高，不利于日常现场检测。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种用于检测异氰酸酯类化合物的荧光探针及其制备方法与应用。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
第一方面，本发明提供了一种荧光探针，其具有如式(Ⅰ)所示的结构式：
本发明的上述荧光探针为N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺，其分子式为C49H39N7O7，相对分子质量为318.11。该荧光探针为深红色无味固体粉末，溶于水，易溶于甲醇、乙醇，可溶于氯仿等溶剂。
本发明的荧光探针会发生稳定的分子内电荷转移，处于N-位置的供电子氨基会转移电子给6-位置上的吸电子羟基；该荧光探针6-位置的酚羟基在可见光区无吸收、也不发射荧光，且其含有活泼氢，可作为识别基团。在醇体系中所述识别基团极易与异氰酸酯类化合物中的异氰酸酯基发生酯化反应，形成酯基，从而导致6-位置基团的吸电子能力变强，导致荧光探针原有的分子内电荷转移平衡发生改变，其荧光发射波长发生蓝移，荧光探针的荧光由红光变为黄光。随着异氰酸酯的含量增大，红色荧光减弱，橘黄色荧光增强，红色荧光和橘黄色荧光的比值可作为检测信号，因此该探针可实现对异氰酸酯类化合物的比率型荧光检测。
研究表明，在甲醇溶液中，N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺在与异氰酸酯反应前，在522nm的激发光照射下，在596nm左右发射红色荧光；当N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺中的酚羟基与异氰酸酯基反应后，其酚羟基识别基团与异氰酸酯基反应转变为酯基，由此其可吸收522nm左右的激发光，且在560nm左右发射橘黄色荧光，故红色荧光减弱，受体发射的橘黄色荧光增强。
基于本发明荧光探针的上述荧光性质，其可特异性识别异氰酸酯类化合物，用于生物样品、环境样品、化学样品等中异氰酸酯类化合物的检测分析。并且，本发明的荧光探针光稳定性好，检测快速。
第二方面，本发明提供了一种上述荧光探针的制备方法，其包括以下步骤：
(1)以9-溴蒽和草酰氯为原料，通过酰基化反应制备结构式如式(∏)所示的6-溴醋蒽烯-1,2-二酮；
(2)采用过硫酸氢钾氧化步骤(1)制得的6-溴醋蒽烯-1,2-二酮，制备结构式如式(Ⅲ)所示的6-溴-1,2二羧基蒽酸酐；
(3)以步骤(2)制得的6-溴-1,2二羧基蒽酸酐和正丁胺为原料，制备结构式如式(Ⅳ)所示的N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺；
(4)以步骤(3)制得的N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺和甲醇钠为原料制备结构式如式(Ⅴ)所示的N-正丁基-6-甲氧基-蒽酰亚胺；
(5)以步骤(4)制得的N-正丁基-6-甲氧基-蒽酰亚胺和酸为原料，制备结构式如式(Ⅰ)所示的荧光探针；
作为本发明所述荧光探针的制备方法的优选实施方式，所述荧光探针的制备方法包括以下步骤：
(1)混合9-溴蒽、草酰氯溶液、三氯化铝和二硫化碳，在氮气或惰性气体保护下，于0℃冰浴中反应后，再于室温条件下反应8-10小时；然后加入盐酸，于50℃反应；最后冷却至室温，过滤，干燥、纯化过滤固体，得到6-溴醋蒽烯-1,2-二酮；
(2)将6-溴醋蒽烯-1,2-二酮与过硫酸氢钾溶解于甲醇中，在氮气或惰性气体保护下进行反应；然后旋干反应产物，洗涤后过滤，纯化过滤所得的固体，得到6-溴-1,2二羧基蒽酸酐；
(3)将6-溴-1,2二羧基蒽酸酐与正丁胺溶解于乙醇中，在氮气或惰性气体保护下进行反应；反应后除去乙醇，用二氯甲烷和水萃取除去乙醇后的产物，收集有机相；再干燥、过滤有机相，得到的滤液经旋转蒸发除去溶剂，纯化旋转蒸发所得固体，得到N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺；
(4)将N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺、甲醇钠和铜盐溶解于甲醇中，在氮气或惰性气体保护下进行反应；反应后除去甲醇，用二氯甲烷和水萃取除去甲醇后的产物，收集有机相；再干燥、过滤有机相，得到的滤液经旋转蒸发除去溶剂，纯化旋转蒸发所得固体，得到N-正丁基-6-甲氧基-蒽酰亚胺；
(5)向N-正丁基-6-甲氧基-蒽酰亚胺中加入氢碘酸，反应后，调节反应产物的pH值，再过滤，纯化过滤所得固体，得到结构式如式(Ⅰ)所示的荧光探针。
作为本发明所述荧光探针的制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)～(5)中，均采用硅胶层析柱进行纯化。
作为本发明所述荧光探针的制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中，按照每毫摩尔9-溴蒽加入4～5mL二硫化碳的比例，将9-溴蒽加至二硫化碳中；所述步骤(2)中，按照每毫摩尔6-溴醋蒽烯-1,2-二酮加入10～23mL甲醇的比例，将6-溴醋蒽烯-1,2-二酮加至甲醇中；所述步骤(3)中，按照每毫摩尔6-溴-1,2二羧基蒽酸酐加入10～23mL乙醇的比例，将6-溴-1,2二羧基蒽酸酐加至乙醇中；所述步骤(4)中，按照每毫摩尔N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺加入10～23mL甲醇的比例，将N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺加至甲醇中，且所述N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺与铜盐的摩尔比为1：0.03～0.05。
第三方面，本发明提供了上述荧光探针在检测异氰酸酯类化合物中的应用。
第四方面，本发明提供了上述荧光探针在制备用于检测异氰酸酯类化合物的试剂盒或检测试纸中的应用。
第五方面，本发明提供了一种用于检测异氰酸酯类化合物的试剂盒或检测试纸，其含有上述荧光探针。
第六方面，本发明提供了一种用于检测异氰酸酯类化合物的检测试纸的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将上述荧光探针溶解于醇中，得到含有所述荧光探针的溶液；
(2)将步骤(1)所得溶液涂于滤纸上或将滤纸浸泡到步骤(1)所得溶液中，再将滤纸晾干，得到用于检测异氰酸酯类化合物的检测试纸。
本发明的检测试纸可用于空气中异氰酸酯类化合物的快速检测，检测时只需要将检测试纸至于空气环境中分钟后，使用手提式自外衣等，观察试纸在365nm激发光下的颜色变换就可以知道空气中异氰酸酯的大致浓度。
作为本发明所述用于检测异氰酸酯类化合物的检测试纸的制备方法的优选实施方式，所述醇为甲醇或乙醇。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一种荧光探针(N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺)，其6-位置的酚羟基可特异性识别异氰酸酯，且该荧光探针与异氰酸酯类化合物反应后，其荧光发射波长发生蓝移，因此该荧光探针可实现对异氰酸酯类化合物的比率型荧光检测，用于液体环境、空气环境、化学样品等中异氰酸酯的检测分析。相比开-关型荧光探针只通过单一发射波长的强度变化来检测异氰酸酯浓度，本发明的荧光探针通过两个发射光波长的荧光强度比来测试异氰酸酯浓度，避免受到荧光探针浓度、激发波长不稳定、发射波长检测不灵敏等误差的影响。外部因素是很难影响甲醇体系中两种荧光强度的比率，这种模式可极大地降低外部因素的影响，提高检测精度和准确性。
(2)本发明荧光探针光稳定性好，且其检测异氰酸酯类化合物的特异性、灵敏度和选择性高，对不同种类的异氰酸酯具有相同的敏感性。
(3)采用本发明的荧光探针检测异氰酸酯类化合物十分快速便捷：在检测液体环境中异氰酸酯含量时，只需将一定量的检测试样溶入特定浓度的荧光探针溶液中，测试混合液体的在560nm与590nm处荧光强度的比值，通过标准曲线换算成异氰酸酯的浓度，且只要30秒就可以全部反应完全；在检测空气环境中异氰酸酯的含量时，只需要将检测试纸至于空气环境中分钟后，使用手提式自外衣等，观察试纸在365nm激发光下的颜色变换就可以知道空气中异氰酸酯的大致浓度，且只需要5分钟就可以检测完毕。
(4)本发明荧光探针的制备工艺简单、方便；本发明的检测体系使用方便，便于推广应用。
附图说明
图1为本发明荧光探针的合成路线图；
图2为本发明实施例1中6-溴醋蒽烯-1,2-二酮的核磁共振氢谱图；
图3为本发明实施例1中6-溴醋蒽烯-1,2-二酮的质谱图；
图4为本发明实施例1中6-溴-1,2二羧基蒽酸酐的核磁共振氢谱图；
图5为本发明实施例1中6-溴-1,2二羧基蒽酸酐的质谱图；
图6为本发明实施例1中N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺的核磁共振氢谱图；
图7为本发明实施例1中N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺的质谱图；
图8为本发明实施例1中N-正丁基-6-甲氧基-蒽酰亚胺的核磁共振氢谱图；
图9为本发明实施例1中N-正丁基-6-甲氧基-蒽酰亚胺的质谱图；
图10为本发明荧光探针的核磁共振氢谱图；
图11为本发明荧光探针的核磁共振碳谱图；
图12为本发明荧光探针的质谱图；
图13为本发明荧光探针与异氰酸酯反应及其荧光变化的原理图；
图14为本发明荧光探针中加入不同量异氰酸酯后的荧光光谱变化图；
图15为本发明荧光探针中加入不同量异氰酸酯后，其在560nm处和596nm处荧光强度比值的变化趋势图；
图16为实施例4制得的检测试纸在含有异氰酸酯的空气中放置5分钟后，在365nm紫外灯下，试纸颜色的变化图；
图17为实施例4制得的检测试纸在分别只含有在丙酮、甲苯、氯仿、***、乙酸乙酯、丙烯和甲醛空气环境中进行检测时，在365nm紫外灯下，试纸颜色的变化图；
图18为实施例4制得的检测试纸在2,4-TDI、2,6-TDI、MDI、HDI和IPDI环境中进行检测，在365nm紫外灯下观察试验结果图；
图19为实施例6异氰酸酯(R-NCO)在低浓度范围内的回归曲线图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明荧光探针及其制备方法的一种实施例，本实施例的荧光探针为N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺，其结构式如式(Ⅰ)所示，
本实施例的荧光探针的合成路线如图1所示，其具体制备方法如下：
1)在0℃冰浴、氮气保护与搅拌条件下，将9-溴蒽(1.03g，4mmol)与草酰氯溶液(1.92ml，10mmol)搅拌溶解于二硫化碳(8～10ml)中，然后加入三氯化铝(0.81g，6mmol)反应2小时；再加入二硫化碳(8～10ml)与三氯化铝(0.64g，4.8mmol)，保持0℃冰浴并再次搅拌反应2小时后，撤去冰浴室温条件下搅拌反应(8-10)小时；加入1-2M的盐酸溶液60ml并升温至50℃，并保持10分钟；冷却至室温后，过滤(过滤时先用水洗再用5-10％w/w的氢氧化钠溶液冲洗最后再用水洗)，将粗提取物(滤渣)放置真空干燥箱50℃干燥48小时；将所得浅棕色固体经硅胶层析柱纯化得到棕色固体6-溴醋蒽烯-1,2-二酮(0.93g，产率75％)。通过核磁共振氢谱对该产物进行表征，结果如图2所示，具体为：1H NMR(CDCl3,600MHz,ppm):7.82-7.92(m,3H),8.12(d,J＝6.6Hz,1H),8.63(d,J＝6.0Hz,1H),8.71(d,J＝6.0Hz,1H),9.27(d,J＝6.6Hz,1H)。另外，通过质谱进行了辅助证明，结果如图3所示，具体为：MS(ESI):m/z＝310.1[M+H]+.通过分析可以确定所合成的产物为目标中间体。
2)氮气保护条件下，将6-溴醋蒽烯-1,2-二酮(0.93g，3mmol)与过硫酸氢钾(2.31g，15mmol)溶解于甲醇(30～69ml)加热至72℃搅拌回流反应72小时；冷却至室温，旋干后水洗过滤，并将所得固体经过硅胶层析柱纯化(二氯甲烷：石油醚＝1：3)；将所得到的产物放入真空干燥箱中40℃干燥8-12小时,得到棕褐色固体6-溴-1,2二羧基蒽酸酐(0.86g，产率85％)通过核磁共振氢谱对该产物进行表征，结果如图4所示，具体为：1H NMR(CDCl3,600MHz,ppm):7.85(t,J＝6.0Hz,1H),7.92(t,J＝6.6Hz,1H),7.96(t,J＝5.4Hz,1H),8.79(d,J＝6.6Hz,1H),8.84(d,J＝6.0Hz,1H),9.06(d,J＝7.2Hz,1H),9.85(d,J＝7.8Hz,1H)。另外，通过质谱进行了辅助证明，结果如图5所示，具体为MS(ESI):m/z＝325.0[M-H]-。通过分析可以确定所合成的产物为目标中间体。
3)在氮气保护条件下，将6-溴-1,2二羧基蒽酸酐(0.82g，2.5mmol)与正丁胺(986ul，10mmol)溶解于乙醇(50～57.5ml)并搅拌10分钟；搅拌升温至79℃，回流反应8小时；冷却至室温，旋转蒸发除去乙醇后，用二氯甲烷/去离子水萃取，收集有机相，干燥，过滤，旋转蒸发除去溶剂，所得固体经硅胶层析柱纯化(二氯甲烷)，得到褐色固体粉末N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺(0.46g，产率48％)。通过核磁共振氢谱对该产物进行表征，结果如图6所示，具体为：1H NMR(CDCl3,600MHz,ppm):1.00(t,J＝5.4Hz,3H),1.50(m,2H),1.77(m,2H),4.26(t,J＝6.0Hz,2H),7.73(t,J＝7.2Hz,1H),7.79-7.85(m,2H),8.70(d,J＝6.0Hz,1H),8.79(d,J＝6.6Hz,1H),8.91(d,J＝7.2Hz,1H),10.07(d,J＝7.2Hz,1H)。另外，通过质谱进行了辅助证明，结果如图7所示，具体为：MS(ESI):m/z＝380.7[M]-。通过分析可以确定所合成的产物为目标中间体。
4)在氮气保护条件下，将N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺(0.46g，1.2mmol)，甲醇钠(0.44g，8mmol)与五水硫酸铜(8.4～14mg，0.036～0.06mmol)溶入甲醇(12～27.6ml)中搅拌10分钟；逐渐升温至70℃，搅拌回流反应8-12小时；冷却至室温，旋转蒸发除去甲醇后，用二氯甲烷/去离子水萃取，收集有机相，干燥，过滤，旋转蒸发除去溶剂，所得固体经硅胶层析柱纯化(二氯甲烷：甲醇＝10：1)，得到黄色固体粉末N-正丁基-6-甲氧基-蒽酰亚胺(0.34g，产率85％)。通过核磁共振氢谱对该产物进行表征，结果如图8所示，具体为：1H NMR(CDCl3,600MHz,ppm):1.01(t,J＝6.0Hz,3H),1.50(m,2H),1.78(m,2H),4.23(s,3H),4.28(t,J＝6.6Hz,2H),7.66(t,J＝6.6Hz,1H),7.74(t,J＝6.6Hz,1H),7.84(t,J＝7.2Hz,1H),8.46(d,J＝6.6Hz,1H),8.65(d,J＝6.6Hz,1H),8.77(d,J＝6.0Hz,1H),10.08(d,J＝6.0Hz,1H).另外，通过质谱进行了辅助证明，结果如图9所示，具体为：MS(ESI):m/z＝333.0[M]-.通过分析可以确定所合成的产物为目标中间体。
5)在氮气保护条件下，将N-正丁基-6-甲氧基-蒽酰亚胺(0.34g，1.0mmol)，加入10ml的氢碘酸(含量57％)中，加热到132℃回流反应8-12小时；冷却至室温，用2M的氢氧化钠溶液将反应的混合溶液调至弱酸性，过滤并多次水洗，将所得固体旋干后经硅胶层析柱纯化(二氯甲烷：甲醇＝7：1)，得到红色固体粉末N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺(0.16g，产率52％)。通过核磁共振氢谱对该产物进行表征，结果如图10所示，具体为：1HNMR(CDCl3,600MHz,ppm):1.02(t,J＝5.4Hz,3H),1.51(m,2H),1.79(m,2H),4.23(t,J＝6.6Hz,2H),7.66(t,J＝6.6Hz,1H),7.70-7.78(m,2H),8.57(d,J＝6.6Hz,1H),8.71(d,J＝6.0Hz,1H),8.79(d,J＝6.6Hz,1H),9.98(d,J＝6.0Hz,1H)。通过核磁共振碳谱对该产物进行表征，通过核磁共振氢谱对该产物进行表征，结果如图11所示，具体为：13C NMR(CD3OD,600MHz,ppm):14.01,20.52,30.1,39.66,114.85,120.25,122.86,125.67,126.78,129.21,130.75,153.86,162.65,167.18。另外，通过质谱进行了辅助证明，结果如图12所示，具体为：MS(ESI):m/z＝317.1[M-H]-.通过分析可以确定所合成的产物为目标产物。
实施例2实施例1荧光探针的光稳定性
在15W 365nm和254nm的紫外光持续照射10小时，N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺荧光探针在522nm的红色荧光强度降低了0.5％，由此表明，该荧光探针分子具有足够好的光稳定性，可以经受较长时间的光照射。
实施例3N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺荧光探针对液体环境中异氰酸酯含量的荧光检测
以N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺荧光探针(实施例1制备)对甲醇溶液中异氰酸酯的含量进行检测分析。测试时荧光探针稀释至浓度为4μM，通过加入不同量的异氰酸酯溶液，记录本发明荧光探针在560nm处和596nm处荧光强度，计算出I560/I596，如下表1所示。在4μM的N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺荧光探针的甲醇溶液加入不同量异氰酸酯后的荧光光谱变化如图14所示(图14中，由a到j所加入的的异氰酸酯量依次为40μM、15μM、10μM、5μM、4μM、3μM、2μM、1μM、0.5μM、0M)，I560/I596比值的变化趋势如图15所示。从图14可以看出，在不存在异氰酸酯的情况下，N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺荧光探针在522nm的激发光照射下，在596nm左右发射红色荧光；而在异氰酸酯存在下，荧光探针发射出560nm左右的橘黄色荧光，随着异氰酸酯的含量增大使得红色荧光减弱，橘黄色荧光增强。以橘黄色荧光和红色荧光的比值可作为检测信号，因此可实现对异氰酸酯的比率型荧光检测。
N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺荧光探针会发生稳定的分子内电荷转移，处于N-位置的供电子氨基会转移电子给6-位置上的吸电子羟基，使得该荧光探针在甲醇溶液中在522nm的激发光下发射出590nm的红光。而当识别基团酚羟基与异氰酸酯基发生酯化反应反应变为酯基后，6-位置上基团的吸电子能力增强，导致荧光分子的发射波长蓝移。N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺荧光探针在与异氰酸酯作用后，其荧光变化的原理如图13所示。
表1
实施例4
本发明用于检测异氰酸酯类化合物的检测试纸的制备方法的一种实施例，本实施例所述用于检测异氰酸酯类化合物的检测试纸的制备方法为：将1mg实施例1的荧光探针(N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺)溶解于1mL甲醇或乙醇中，然后用100uL该探针溶液均匀的载于裁剪好的干净滤纸上，风干后待用。
实施例5 N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺荧光探针对空气环境中异氰酸酯含量的荧光检测
将实施例4制得的荧光检测试纸放置于含有异氰酸酯的待测环境中5分钟后，使用手提式紫外灯用365nm波长光照射，观察试纸颜色变化，其颜色变化如图16所示，图16中，随着时间延长，试纸颜色由红色变为浅黄色。检测试纸分别在丙酮、甲苯、氯仿、***、乙酸乙酯、丙烯和甲醛空气环境中进行检测，结果对表面复杂环境中的其他物质对探针试纸均无影响，如图17所示。图17中，除置于含2-氯乙基异氰酸酯空气环境中的试纸显示浅黄色，其他试纸的颜色均未发生改变，仍为红色，由此证明了实施例4制得的检测试纸选择性和特异性好，且稳定性高。将该检测试纸分别在2,4-TDI(2，4-二异氰酸甲苯酯)、2,6-TDI(2，6-二异氰酸甲苯酯)、MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)、HDI(六亚甲基二异氰酸酯)和IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)环境中进行检测，在365nm紫外灯下观察试验结果如图18所示，试纸颜色均发生变化，均呈现相同的淡黄色。实验结果表明，实施例4制得的检测试纸对不同种类的异氰酸酯具有相同的敏感性。
实施例6
本实施例考察了本发明制备的N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺荧光探针检测异氰酸酯的灵敏度。考察的具体方法为：向浓度为4μM的N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺中加入不同量的异氰酸酯(R-NCO)，以异氰酸酯(R-NCO)浓度为横坐标，荧光探针在激发波长为522nm、反应时间30s条件下560nm处和596nm处荧光强度的比值I560/I596为纵坐标，绘制校正曲线。异氰酸酯(R-NCO)在低浓度范围内的回归曲线如图19所示，其回归曲线方为：y＝0.0687+K×x(R＝0.998)；其中，y为荧光探针在560nm处和596nm处荧光强度的比值I560/I596，x为异氰酸酯浓度[R-NCO]，K＝0.2152。
检测限LOD＝3×S.D./K，其中K是曲线方程的斜率，S.D.代表在R-NCO没有探针的荧光强度比标准差。
LOD＝3×0.0069/0.2152nmol/L＝96nmol/L，由该结果可见，本发明荧光探针检测异氰酸酯类化合物的灵敏度较高。
综上可见：本发明制备的N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺荧光探针可以用于液体环境中与空气环境中化学样品中异氰酸酯的检测分析。将样品用甲醇溶液液稀释，并加入本发明中制备的探针分散液，可以对样品进行定性定量检测分析。
本发明将荧光探针N-正丁基-6-羟基-蒽酰亚胺溶解于甲醇或乙醇中，然后将含有荧光探针的溶液均匀的载于裁剪好的干净滤纸上制得检测异氰酸酯含量的荧光检测试纸。建立了快速高效简便的空气中异氰酸酯的检测方法，该检测方法只需要在室温条件下将测试试纸放置空气中5分钟，然后利用手提式紫外灯用365nm照射观察试纸颜色变化即可得出空气中异氰酸酯的大致浓度，而且试纸不受复杂空气环境中其他物质的影响。对异氰酸酯类化合物的检测具有针对性。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种荧光探针，其特征在于：所述荧光探针具有如式(Ⅰ)所示的结构式：
2.一种如权利要求1所述荧光探针的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)以9-溴蒽和草酰氯为原料，通过酰基化反应制备结构式如式(∏)所示的6-溴醋蒽烯-1,2-二酮；
(2)采用过硫酸氢钾氧化步骤(1)制得的6-溴醋蒽烯-1,2-二酮，制备结构式如式(Ⅲ)所示的6-溴-1,2二羧基蒽酸酐；
(3)以步骤(2)制得的6-溴-1,2二羧基蒽酸酐和正丁胺为原料，制备结构式如式(Ⅳ)所示的N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺；
(4)以步骤(3)制得的N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺和甲醇钠为原料制备结构式如式(Ⅴ)所示的N-正丁基-6-甲氧基-蒽酰亚胺；
(5)以步骤(4)制得的N-正丁基-6-甲氧基-蒽酰亚胺和酸为原料，制备结构式如式(Ⅰ)所示的荧光探针；
3.如权利要求2所述的荧光探针的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)混合9-溴蒽、草酰氯溶液、三氯化铝和二硫化碳，在氮气或惰性气体保护下，于0℃冰浴中反应后，再于室温条件下反应8-10小时；然后加入盐酸，于50℃反应；最后冷却至室温，过滤，干燥、纯化过滤固体，得到6-溴醋蒽烯-1,2-二酮；
(2)将6-溴醋蒽烯-1,2-二酮与过硫酸氢钾溶解于甲醇中，在氮气或惰性气体保护下进行反应；然后旋干反应产物，洗涤后过滤，纯化过滤所得的固体，得到6-溴-1,2二羧基蒽酸酐；
(3)将6-溴-1,2二羧基蒽酸酐与正丁胺溶解于乙醇中，在氮气或惰性气体保护下进行反应；反应后除去乙醇，用二氯甲烷和水萃取除去乙醇后的产物，收集有机相；再干燥、过滤有机相，得到的滤液经旋转蒸发除去溶剂，纯化旋转蒸发所得固体，得到N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺；
(4)将N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺、甲醇钠和铜盐溶解于甲醇中，在氮气或惰性气体保护下进行反应；反应后除去甲醇，用二氯甲烷和水萃取除去甲醇后的产物，收集有机相；再干燥、过滤有机相，得到的滤液经旋转蒸发除去溶剂，纯化旋转蒸发所得固体，得到N-正丁基-6-甲氧基-蒽酰亚胺；
(5)向N-正丁基-6-甲氧基-蒽酰亚胺中加入氢碘酸，反应后，调节反应产物的pH值，再过滤，纯化过滤所得固体，得到结构式如式(Ⅰ)所示的荧光探针。
4.如权利要求3所述的荧光探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)～(5)中，均采用硅胶层析柱进行纯化。
5.如权利要求3所述的荧光探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，按照每毫摩尔9-溴蒽加入4～5mL二硫化碳的比例，将9-溴蒽加至二硫化碳中；所述步骤(2)中，按照每毫摩尔6-溴醋蒽烯-1,2-二酮加入10～23mL甲醇的比例，将6-溴醋蒽烯-1,2-二酮加至甲醇中；所述步骤(3)中，按照每毫摩尔6-溴-1,2二羧基蒽酸酐加入10～23mL乙醇的比例，将6-溴-1,2二羧基蒽酸酐加至乙醇中；所述步骤(4)中，按照每毫摩尔N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺加入10～23mL甲醇的比例，将N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺加至甲醇中，且所述N-正丁基-6-溴-蒽酰亚胺与铜盐的摩尔比为1：0.03～0.05。
6.如权利要求1所述荧光探针在检测异氰酸酯类化合物中的应用。
7.如权利要求1所述荧光探针在制备用于检测异氰酸酯类化合物的试剂盒或检测试纸中的应用。
8.一种用于检测异氰酸酯类化合物的试剂盒或检测试纸，其特征在于：所述试剂盒或检测试纸含有如权利要求1所述荧光探针。
9.一种用于检测异氰酸酯类化合物的检测试纸的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将如权利要求1所述荧光探针溶解于醇中，得到含有所述荧光探针的溶液；
(2)将步骤(1)所得溶液涂于滤纸上或将滤纸浸泡到步骤(1)所得溶液中，再将滤纸晾干，得到用于检测异氰酸酯类化合物的检测试纸。
10.如权利要求9所述的用于检测异氰酸酯类化合物的检测试纸的制备方法，其特征在于：所述醇为甲醇或乙醇。
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Application publication date: 20171219