CN111825665A - 一种用于检测二氧化硫衍生物的比率型近红外荧光探针及其制备方法 - Google Patents

一种用于检测二氧化硫衍生物的比率型近红外荧光探针及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于荧光检测技术领域，具体涉及一种用于检测二氧化硫(SO2)衍生物的比率型近红外荧光探针及其制备方法，以及在检测农作物叶片组织中SO2衍生物、大气中的SO2衍生物或土壤中SO2衍生物方面的应用。本发明以间二乙基氨基苯酚、亚硝酸钠、水合肼、钯碳催化剂、丙酮酸乙酯、二氧化硒和1‑乙基‑2‑甲基喹啉等为原料，制备用于检测二氧化硫衍生物的比率型近红外荧光探针，并将其用于检测大气中的SO2衍生物、土壤中SO2衍生物或农作物叶片组织中SO2衍生物。该荧光探针合成方法简单，对SO2衍生物有很好的选择性，灵敏度高，检测环境适用于大范围的pH。尝试的探针试纸是一种简单、便于携带的工具，可以不需要依赖大型仪器设备，而实现对大气中二氧化硫衍生物的快速现场检测，因此具有革新性意义。

Description

一种用于检测二氧化硫衍生物的比率型近红外荧光探针及其 制备方法
技术领域
本发明属于荧光检测技术领域，具体涉及一种用于检测二氧化硫(SO2)衍生物的比率型近红外荧光探针及其制备方法，以及在检测农作物叶片组织中SO2衍生物、大气中的SO2衍生物或土壤中SO2衍生物方面的应用。
背景技术
硫是农作物的大量营养元素，通常存在于氨基酸(Cys、Hcy和Met)、蛋白质和许多代谢物中。硫养分对农作物的产量和质量至关重要。大量证据表明，二氧化硫(SO2)是硫营养物的重要来源。一般来说，农作物叶片可以通过开放的气孔吸收SO2。SO2进入农作物，溶解于细胞质中，水解生成其衍生物亚硫酸盐(SO3 2-)和亚硫酸氢盐(HSO3 -)，再进一步还原为硫化物，结合生成半胱氨酸，再合成有机硫化物，从而用作硫营养物。然而，SO2也是一种众所周知的气体污染物，主要是由石油、煤炭等含硫化石燃料燃烧和火山爆发自然排放的。在许多发展中国家，由于对矿物燃料的需求不断增长和控制二氧化硫排放的技术限制，二氧化硫污染仍然是的一个重大问题。当大气中二氧化硫超过一定浓度，则将对农作物产生严重的不利影响。当过量的SO2被吸收到农作物体内时，生成的SO2衍生物往往会亲核攻击生物分子中的许多官能团，包括醛基、S-S基、缺电子C＝C基等。这些亲核反应使作物中的蛋白质失去活性，从而导致光合作用抑制、农作物生长速率下降、农作物产量下降、黄化，甚至死亡。精确监测农作物叶片组织中SO2衍生物的浓度有助于了解农作物中SO2衍生物的生理过程，防止其不良影响。不幸的是，这些远未得到解决。因此，开发一种方便、高效、可靠的监测农业作物叶片组织中SO2衍生物的方法是迫切需要的。
目前，测定SO2衍生物分析方法有滴定法、电化学分析法、色谱分析法、分光光度法、毛细管电泳法、荧光探针法等。相比较于其他分析方法，荧光探针法具有操作简单、灵敏度和选择性高、能实时检测等优点。此外，结合激光共聚焦扫描显微镜，荧光探针可用于农作物叶片组织的非侵入性原位实时荧光成像。因此，荧光探针特别适合用于农作物叶片组织中SO2衍生物的检测。据我们所知，荧光探针用于检测农作物叶片组织中的SO2衍生物还没有报道。为了检测农作物叶片组织中SO2衍生物的含量，荧光探针必须满足以下两个前提条件。(1)探针必须对SO2衍生物显示比率荧光响应。与基于强度的荧光探针相比，比率荧光探针更有利于定量检测，因为它可以消除探针在农业作物组织中浓度和分布变化带来的干扰。(2)探针应在近红外(NIR)波长范围(650-900nm)显示荧光。近红外荧光探针有利于农作物组织的荧光成像，因为近红外荧光在组织中表现出更深的穿透性，以及更低背景自发荧光。基于以上考虑，我们合理地开发了化合物CQ-1作为一种新型的比率近红外荧光探针，用于检测农作物叶片组织中的SO2衍生物。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种用于检测SO2衍生物的比率型近红外荧光探针及其制备方法，以及在检测农作物叶片组织中SO2衍生物、大气中的SO2衍生物或土壤中SO2衍生物方面的应用。它不仅选择性好，灵敏度高，而且制备方法简单，可以很好的应用于农作物叶片组织中的SO2衍生物的检测。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种用于检测SO2衍生物的荧光探针，其结构如下：
Figure BDA0002555309210000021
一种用于检测SO2衍生物的荧光探针的制备方法，按照下述步骤进行：
步骤1、将间二乙基氨基苯酚溶于浓盐酸和水的混合溶液中，然后将亚硝酸钠溶在水中，在冰浴条件下，将亚硝酸钠水溶液滴入间二乙基氨基苯酚的混合溶液中，进一步搅拌，过滤收集生成的黄色固体，用饱和醋酸钠溶液洗涤，然后重结晶得到红色针状晶体，即中间产物1；
步骤2、将步骤1得到的中间产物1加入到乙醇中，所得到的混合物加入水合肼，。然后在氮气气氛下向混合物中加入钯碳催化剂，一起回流搅拌，直到溶液的红色消失，为了避免氧化降解，将得到的该溶液直接用于下一步，无需纯化步骤；
步骤3、将丙酮酸乙酯加入上述步骤2得到的溶液中，搅拌回流，真空去除溶剂后，残留物进行纯化，得到黄色固体化合物，即中间产物3；
步骤4、将中间产物3和二氧化硒溶于二氧六环中，将得到的混合物进行搅拌反应，溶液颜色由淡黄色变为橙色，真空去除溶剂后，对残留物进行纯化，得到橙黄色固体化合物，即中间产物4；
步骤5、将中间产物4和1-乙基-2-甲基喹啉加入无水乙醇中加热回流，反应完成后冷却至室温，减压去除溶剂，得蓝紫色固体，即最终产物，CQ-1。
所述1中，间二乙基氨基苯酚、亚硝酸钠的用量比为1.72g～1.75g：0.872g，其中，浓盐酸和水的混合溶液中，浓盐酸和水的体积比为3：1。
步骤1中，所述冰浴搅拌反应的温度为0℃，时间为1.5h。
步骤1中，所述重结晶用的溶剂为丙酮。
步骤2中，所述中间产物1、乙醇、水合肼、钯碳催化剂的用量比为0.1g～0.20g：6mL～8mL：4mL～5mL：0.02g～0.03g，水合肼的质量百分浓度为85％。
步骤2中，所述回流搅拌温度为：75℃-80℃搅拌反应时间1～1.5h。
步骤3中，丙酮酸乙酯的用量与中间产物1的关系为：所述中间产物1、丙酮酸乙酯的用量比为0.1g～0.20g：4mL～6mL。
步骤3中，所述回流搅拌反应的温度为75℃-80℃，时间为1～1.5h。
步骤4中，所述中间产物3、二氧化硒、二氧六环用量比为1.5g～1.6g：1.0g～1.2g：25mL～28mL。
步骤4中，所述搅拌反应的温度为75℃-80℃，时间为5h。
步骤5中、所述中间产物4、1-乙基-2-甲基喹啉、乙醇用量比为0.1g～0.2g:0.1g～0.2g；10mL～15mL.
步骤5中、所述回流搅拌反应的温度为75℃-80℃，时间为1～1.5h。
(1)本发明制备得到的荧光探针用于检测农作物叶片组织中SO2衍生物，具体使用方法如下：本发明提供的荧光探针可用于检测农作物叶片组织中SO2衍生物的含量。所有农作物叶片(菠菜、胡萝卜、玉米)切成0.5-1毫米厚的薄片。叶组织切片与不同数量的预处理HSO3 -30分钟。用PBS三次洗净后,切片进一步在探针CQ-1(5.0μM)溶于20mM磷酸钾缓冲/DMSO(3:2v/v,pH值7.4)的溶液中孵化30分钟，用PBS清洗三次。最后用激光共聚焦扫描显微镜进行荧光成像。绿色通道设置为500-550nm，激发光波长为458nm；近红外通道设置为700-750nm，激发光波长为561nm。
(2)本发明提供的荧光探针也可用于检测空气中SO2的衍生物含量，具体方法为：纸带用含有探针CQ-1的20mM磷酸钾缓冲/DMSO(3:2v/v,pH值7.4)溶液浸泡，制备成测试试纸。获得的试纸浸入HSO3 -水溶液浓度范围从0到300μM，测试试纸的颜色与不同浓度的HSO3 -接触后发生变化。10分钟后，取出试纸，在手持紫外灯下拍摄荧光图像。为了测试空气中的SO2水平，将获得的试纸放置在燃煤锅炉房或未释放SO2的房间中。在手持紫外灯下不同时间间隔拍摄荧光图像。
(3)本发明提供的荧光材料还可用于检测泥土中的SO2衍生物含量。方法是首先取不同区域的土壤样品，它们分别是江苏大学校园土壤(土壤1),农田土壤(土壤2)，和该地区接近硫酸厂(土壤3)。准备的土壤溶液样品：土壤样本(1g)浸泡在20mM磷酸钾缓冲液(3mL),然后剧烈搅拌20分钟。获得混合物用离心机在1000rpm的条件下离心10分钟。土壤溶液提取样本的上层清液用于进一步分析。
0.1mL土壤提取溶液样品加入含有0.05mL探针CQ-1原液(5×10-4M)和1.95mL DMSO的5mL容量瓶中，用20mM磷酸钾缓冲液(pH 7.4)稀释至5mL。将得到的溶液室温孵育10min后，记录荧光发射光谱。根据荧光强度比率值(I516/I714)，定量测定了三个天然土壤样品中SO2衍生物的浓度。在自然土壤样品中分别加入不同浓度的HSO3 -(1.00×10-4和5.00×10- 4mol g-1)。然后，用同样的方法测定了这些天然土壤样品中二氧化硫衍生物的浓度。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明提供了一种全新的可用于SO2衍生物的分析检测的比率型近红外荧光探针，该荧光探针合成方法简单，对SO2衍生物有很好的选择性，S2O3 2-,HS-,HSO4 -,SO4 2-,Na+,Mg2+,F-,Cl-,NO2 -,ACO-,NO3 -Cys,Hcy,和GSH等对检测没有影响；探针溶液的荧光强度与SO2衍生物(HSO3 -)的浓度在0-300μM范围内呈线性关系，并且表现出极高的灵敏度(检测下限为0.0016μM)。而且，探针能够在大的pH范围2.0-9.3内，对HSO3 -进行检测。
(2)经过本发明的合成方法改进后，可以有效阻止副反应的发生，极大地减少反应过程中出现难以分离的杂质，从而可以得到高纯度的目标产物。
(3)本发明开发出了一种新型高性能的检测SO2衍生物的比率型近红外荧光探针。首次应用于检测农作物叶片组织中SO2衍生物。并通过制备探针试纸，实现空气中SO2衍生物的现场检测。同时，该探针还实现了对土壤中的SO2衍生物进行检测。值得说明的是，探针试纸是一种简单、便于携带的工具，可以不需要依赖大型仪器设备，而实现对大气中二氧化硫衍生物的快速现场检测，因此具有革新性意义。
附图说明
图1为本发明实施例1中检测二氧化硫衍生物(HSO3 -/SO3 2-)的荧光探针的合成路线图；
图2为实施例1提供的荧光探针的选择性柱状图；横坐标为不同离子或分子添加情况，纵坐标为荧光强度比率值；
图3为实施例1提供的荧光探针的竞争性柱状图；横坐标为不同可能竞争离子或分子添加情况，纵坐标为荧光强度比率值；
图4为本发明实施例1中荧光探针分子和荧光探针分子与SO2衍生物响应后的产物，两者的荧光强度比率值与pH变化关系曲线；横坐标为pH，纵坐标为荧光强度比率值；
图5为实施例1获得的荧光探针的动力学研究图；横坐标为时间，纵坐标为荧光强度；
图6为实施例1获得的荧光探针制备成便携式试纸，检测空气中SO2衍生物。
图7为实施例1获得的荧光探针检测菠菜叶片组织中外部加入的SO2衍生物的荧光成像图、照片，以及绿色/近红外荧光发射比率值与加入的HSO3-浓度的呈线性关系图。
图8为实施例1获得的荧光探针检测菠菜叶片组织中吸收的空气中SO2衍生物的荧光成像图、照片，以及分别在绿色通道、近红外通道中的荧光变化趋势图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
实施例1：
荧光探针的合成。
制备步骤概括为：
步骤1、将间二乙基氨基苯酚溶于浓盐酸和水中制备成混合液，然后亚硝酸钠溶于水中，在冰浴条件下滴入上述混合液中。进一步搅拌，过滤收集生成的黄色固体，用饱和醋酸钠溶液洗涤。然后再结晶得到红色针状晶体；
步骤2、将步骤1得到的中间产物加入乙醇。所得到的混合物加入85％的水合肼，然后在氮气气氛下向混合物中加入钯碳催化剂，一起回流搅拌，直到溶液的红色消失。为了避免氧化降解，将得到的化合物2直接用于下一步，无需纯化步骤。
步骤3、将丙酮酸乙酯加入上述步骤2得到的溶液中。搅拌回流，真空去除溶剂后，残留物进行纯化，得到黄色固体。
步骤4、将中间产物3和二氧化硒溶于二氧六环中。将得到的混合物搅拌，溶液颜色由淡黄色变为橙色。真空去除溶剂后，对残留物进行纯化，得到橙黄色固体。
步骤5、将中间物4和1-乙基-2-甲基喹啉加入无水乙醇中加热回流，冷却至室温后，减压去除溶剂，得蓝紫色固体。
具体步骤如下：
(1)向50mL烧瓶中依次加入1.72g～1.75g间二乙基氨基苯酚、溶于3ml浓盐酸和1mL水的混合溶液中，再用0.872g亚硝酸钠溶在3mL水中，在冰浴条件下滴入亚硝酸钠的水溶液、(制备过程中，间二乙基氨基苯酚、亚硝酸钠的最优质量比为1.72:0.872)，进一步搅拌1.5h，过滤收集生成的黄色固体，用10mL饱和醋酸钠溶液洗涤。然后用丙酮再结晶得到红色针状晶体1.77g,即中间产物1，产率为87.5％。
(2)将0.1g中间产物1加入6ml无水乙醇中。所得到的混合物加入4mL85％的水合肼。然后在氮气气氛下向混合物中加入钯碳催化剂0.02g。一起回流搅拌，直到溶液的红色消失。为了避免氧化降解，将化合物2直接用于下一步，无需纯化。
(3)将丙酮酸乙酯(4mL)加入上述步骤(2)得到的溶液中回流搅拌3h，真空去除溶剂后，用硅胶柱层析(石油醚:乙酸乙酯＝3:1,v/v)对残渣进行纯化，得到黄色固体0.840g，即中间产物3，产率70.3％。
(4)取一个50mL烧瓶将化合物1.5g化合物3和1.0g二氧化硒溶于25mL二氧六环中。将得到的混合物在75℃下搅拌5小时，溶液颜色由淡黄色变为橙色。真空去除溶剂后，用硅胶柱层析(石油醚:乙酸乙酯＝1:2,v/v)对残留物进行纯化，得到橙黄色固体0.874g，即中间产物4，产率55％。
(5)取一个25mL的烧瓶，将化合物100mg化合物4和122.3mg 1-乙基-2-甲基喹啉依次加入，再加入10ml无水乙醇(制备过程中，化合物4、1-乙基-2-甲基喹啉的最优质量比为1:1.2)。加热回流1h，冷却至室温后，减压去除溶剂。残留物经硅胶柱层析(二氯甲烷/甲醇＝30:1,v/v)得到化合物CQ-1，呈蓝紫色固体。
实施例2：
实施例1获得的荧光探针对HSO3 -荧光检测的选择性。
用DMF配制浓度为5×10-4M的荧光探针分子母液，待用。用去离子水配制浓度为1×10-3M的HSO3 -(2)，SO3 2-(3)，S2O3 2-(4),HS-(5),HSO4 -(6),SO4 2-(7),Na+(8),Mg2+(9),F-(10),Cl-(11),NO2 -(12),ACO-(13),NO3 -(14)，Cys(15),Hcy(16),和GSH(17)溶液，其中(1)是空白溶液，当各种被测物溶液加入到5μM荧光探针分子的测试溶液中，以421nm为激发波长，测定荧光光谱，检测探针分子对不同被测物的响应，其测定结果如图2所示。
从图2的结果中可以发现，只有HSO3 -和SO3 2-可使荧光探针的荧光显著增强，而加入其它离子或分子诸如S2O3 2-,HS-,HSO4 -,SO4 2-,Na+,Mg2+,F-,Cl-,NO2 -,ACO-,NO3 -Cys,Hcy,和GSH则没有响应。当加入HSO3 -、SO3 2-的探针溶液发出蓝绿光荧光，第一个空白样以及其它样品则没有荧光。该结果表明：该荧光探针对二氧化硫衍生物(HSO3 -/SO3 2-)有很好的选择性。
实施例3：
其它常见离子或分子对实施例1获得的荧光探针检测硫化氢的干扰实验。
如图3中，按照实施例2配制测试溶液，先分别加入533μM的其它可能干扰物到5μM的荧光探针分子测试溶液中，包括S2O3 2-(2),HS-(3),HSO4 -(4),SO4 2-(5),Na+(6),Mg2+(7),F-(8),Cl-(9),NO2 -(10),ACO-(11),NO3 -(12)，Cys(13),Hcy(14),和GSH(15)，其中(1)是只有亚硫酸氢钠的空白溶液，再往这些溶液中分别加入533μM的亚硫酸氢钠(提供HSO3 -)。混合10分钟后，在同样条件下以421nm为激发波长，进行荧光光谱测试，得到各组溶液的荧光光谱。
从图3的结果中可以发现，当体系加入S2O3 2-,HS-,HSO4 -,SO4 2-,Na+,Mg2+,F-,Cl-,NO2 -,ACO-,NO3 -Cys,Hcy,和GSH等可能干扰物后，各组的荧光强度与只加HSO3 -的空白溶液的荧光强度没有明显差异。该结果表明：该发明的荧光探针对HSO3 -有很高的选择性，不受其它共存离子或分子的干扰。
实施例4：
pH对实施例1获得的荧光探针检测HSO3 -的影响。
为检测探针分子在不同pH条件下对HSO3 -的响应，分别配制了不同pH(2.0～9.3)的磷酸缓冲液。依次测定pH从2.0～9.3体系下实施例1获得的荧光探针的荧光比率值(I516/I714)，如图4。从图中可以看到荧光探针在不同pH下其荧光比率值(I516/I714)均表现出几乎不变，此结果表明该发明的荧光探针在不同pH下是可以稳定存在的；当加入533μM的HSO3 -，在pH范围为5.2-9.3的范围内其荧光比率值(I516/I714)急剧增强，说明该发明的荧光探针在pH(5.2～9.3)范围下对HSO3 -有很好的响应。
实施例5：
实施例1获得的荧光探针的动力学研究。
当533μM的HSO3 -溶液加入到5μM的荧光探针分子的测试溶液中，以波长421nm为激发波长，每隔1s测试荧光光谱，如图5，从图中可以得到，当加入HSO3 -后溶液的荧光强度很快增强，每隔1s进行一次测试，其荧光强度逐渐增强，如图5a，直到400s后荧光强度不再增强，达到一个恒定值。由此可得，该发明的荧光探针与HSO3 -的响应时间在10分钟内完成，响应速度较快，具有实时检测的应用价值。
实施例6：
实施例1获得的荧光探针的实际应用。
(1)实施例1获得的荧光探针检测大气中的HSO3 -。
首先，将探针制备成便携式测试试纸。将纸带用含有探针CQ-1的20mM磷酸钾缓冲/DMSO(3:2v/v,pH值7.4)浸泡后制备成测试试纸。为了显示测试试纸与不同浓度的SO2衍生物作用后的荧光颜色变化，我们将测试试纸浸泡在含不同浓度HSO3 -(0-300μM)的溶液中，10分钟后，取出试纸条，在手持紫外灯下拍摄荧光颜色变化图像，就可以得到测试试纸在不同浓度SO2衍生物溶液中的荧光颜色变化依次从红色变为粉红，紫色，黄色，暗黄色，黄绿色，绿色，如图6a。为了测试空气中的SO2水平，将获得的纸带放置在燃煤锅炉房或未含释放SO2的房间中。在手持紫外灯下不同时间间隔拍摄荧光图像。
如图6b可以看出，试纸在燃煤锅炉房空气中暴露3天后，荧光颜色逐渐由玫瑰红变为淡紫色。与图6a的荧光图像颜色比较可以看出，试纸在燃煤锅炉房空气中暴露3天后吸收的SO2衍生物使试纸荧光颜色的变化，等同于试纸浸泡在42μM HSO3 -溶液产生的荧光颜色变化。在对照实验中，在没有释放SO2的房间中，试纸的荧光颜色几乎没有变化(如图6c)。这些结果表明，探针CQ-1可以作为便携式工具用于现场检测空气中SO2衍生物。
(2)实施例1获得的荧光探针检测土壤中的SO2衍生物。
自然土壤样本选取于不同区域，它们分别是江苏大学校园土壤(土壤1),农田土壤(土壤2)，和该地区接近硫酸厂(土壤3)。准备的土壤溶液样品：土壤样本(1g)浸泡在20mM磷酸钾缓冲液(3mL),然后剧烈搅拌20分钟。获得混合物用离心机在1000rpm的条件下离心10分钟。土壤溶液提取样本的上层清液用于进一步分析。
0.1mL土壤提取溶液样品加入含有0.05mL探针CQ-1原液(5×10-4M)和1.95mL DMSO的5mL容量瓶中，用20mM磷酸钾缓冲液(pH 7.4)稀释至5mL。将得到的溶液室温孵育10min后，记录荧光发射光谱。根据荧光强度比率值(I516/I714)，定量测定了三个天然土壤样品中SO2衍生物的浓度。在自然土壤样品中分别加入不同浓度的HSO3 -(1.00×10-4和5.00×10- 4mol g-1)。然后，用同样的方法测定了这些天然土壤样品中二氧化硫衍生物的浓度。
如表1所示，土壤3中SO2衍生物的含量被检测为0.98μM，然而在土壤1和土壤2样品中没有检测到SO2衍生物。当在土壤样中外加不同浓度的HSO3 -，测试荧光强度，计算回收率和标准偏差，可以得到令人满意的回收率(88.0％～96.8％)。以上结果表明，该发明的荧光探针可以检测土壤中的SO2衍生物。
表1实施例1提供的荧光探针检测土壤中SO2衍生物的情况汇总表
Figure BDA0002555309210000081
(3)实施例1获得的荧光探针检测农作物叶片组织中二氧化硫衍生物(HSO3 -)。
所有农作物叶片(菠菜、胡萝卜、玉米)切成0.5-1毫米厚的薄片。叶组织切片与不同浓度的HSO3 -预处理30分钟。用PBS洗三次后，叶组织切片进一步在探针CQ-1溶于20mM磷酸钾缓冲/DMSO(3:2v/v,pH值7.4)的溶液中(5.0μM)孵化30分钟，再用PBS清洗三次。最后将叶组织切片用激光共聚焦扫描显微镜进行荧光成像。绿色通道设置为500-550nm，激发波长为458nm，近红外通道设置为700-750nm，激发波长为561nm。
如图7，仅用探针CQ-1处理菠菜叶片组织时，近红外通道上可以观察到强烈的荧光(图7a)，而绿色通道上几乎没有荧光(图7b)，这说明CQ-1能够进入到作物叶片组织中。叶片组织切片与不同浓度HSO3 -预处理后，近红外通道的荧光强度逐渐减弱(图7d,g)，绿色通道的荧光强度增强(图7e,h)。荧光发射比率值(绿色/近红外)与加入的HSO3 -浓度呈线性关系(图7j)。除菠菜叶片外，胡萝卜和玉米叶片组织也有类似的结果。这些结果表明，探针CQ-1适合检测农业作物叶片组织中的外源性SO2衍生物。图c，f，i均为明场条件下拍摄的植物细胞结构图。
进一步应用探针CQ-1检测暴露于SO2污染空气中的菠菜叶片组织中的SO2衍生物。如图8所示，将菠菜放于某燃煤锅炉房，连续暴露于SO2污染的空气中。4天后，叶片由图8d的绿色到图8h的微黄，到图8l出现明显的褪绿现象，这是SO2对作物最明显的损害形式之一。将菠菜叶片在不同时间间隔暴露于SO2污染空气后切成薄片。然后将叶片组织切片置于探针CQ-1溶液(5.0μM)中孵育30min，再进行荧光成像。如图8所示，随着暴露于SO2污染空气时间的增加，由图8b、图8f、图8j，可以看出绿色通道中的荧光逐渐增强(趋势图如图8n)。与此同时，由图8a、图8e、图8i，可以看出近红外通道的荧光表现出一定程度的减弱(趋势图如图8m)。计算菠菜叶片暴露在SO2污染空气中4天，其绿色荧光/近红外荧光比率值为0.315。
根据荧光比率值和图7j所示方程，菠菜叶片组织在SO2污染空气中暴露4天后所引起探针的绿色荧光/近红外荧光比率值的变化，与菠菜叶片组织中加入20.2μM HSO3 -后引起的比率值变化相当。因此，探针CQ-1可以定量检测SO2污染空气中吸收的叶片组织中的SO2衍生物。
综上可见，本发明实施例不仅选择性好，受其它相关物质干扰小，pH使用范围广，而且制备方法简单，实用性强。通过制备探针试纸，作为一种简单、便于携带的工具，可以不需要依赖大型仪器设备，而实现大气中SO2衍生物的便捷、快速现场检测，更重要的是，能够对农作物叶片组织中的SO2衍生物进行定量检测，因此具有革新性意义。

Claims (10)

1.一种用于检测二氧化硫衍生物的比率型近红外荧光探针，其特征在于，其结构如下：
Figure FDA0002555309200000011
2.一种用于检测二氧化硫衍生物的比率型近红外荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1、将间二乙基氨基苯酚溶于浓盐酸和水的混合溶液中，然后将亚硝酸钠溶在水中，在冰浴条件下，将亚硝酸钠水溶液滴入间二乙基氨基苯酚的混合溶液中，进一步搅拌，过滤收集生成的黄色固体，用饱和醋酸钠溶液洗涤，然后重结晶得到红色针状晶体，即中间产物1；
步骤2、将步骤1得到的中间产物1加入到乙醇中，所得到的混合物加入水合肼，然后在氮气保护下向混合物中加入钯碳催化剂，一起回流搅拌，直到溶液的红色消失；为了避免氧化降解，将该溶液接用于下一步，无需纯化步骤；
步骤3、将丙酮酸乙酯加入上述步骤2得到的溶液中，回流搅拌，真空去除溶剂后，残渣进行纯化，得到黄色固体，即中间产物3；
步骤4、将中间产物3和二氧化硒溶于二氧六环中，将得到的混合物进行搅拌反应，溶液颜色由淡黄色变为橙色，真空去除溶剂后，对残留物进行纯化，得到橙黄色固体，即中间产物4；
步骤5、将中间产物4和1-乙基-2-甲基喹啉加入无水乙醇中，加热回流，反应完成后冷却至室温，减压去除溶剂，得蓝紫色固体，即最终产物CQ-1。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述间二乙基氨基苯酚、亚硝酸钠的用量比为1.72～1.75g：0.872g；其中，浓盐酸和水的混合溶液中，浓盐酸和水的体积比为3：1；所述冰浴搅拌反应的温度为0℃，时间为1.5h，所述重结晶用的溶剂为丙酮。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述中间产物1、乙醇、水合肼、钯碳催化剂的用量比为0.1g～0.20g：6mL～8mL：4mL～5mL：0.02g～0.03g，水合肼的质量百分浓度为85％；所述回流搅拌温度为：75℃-80℃，搅拌反应1～1.5h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，丙酮酸乙酯的用量与中间产物1的关系为：中间产物1、丙酮酸乙酯的用量比为0.1g～0.20g：4mL～6mL；所述回流搅拌反应的温度为75℃-80℃，时间为1～1.5h。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述中间产物3、二氧化硒、二氧六环用量比为1.5g～1.6g：1.0g～1.2g：25mL～28mL；所述搅拌反应的温度为75℃-80℃，时间为5h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤5中，所述中间产物4、1-乙基-2-甲基喹啉、乙醇用量比为0.1g～0.2g:0.1g～0.2g；10mL～15mL；所述加热回流反应的温度为75℃-80℃，时间为1～1.5h。
8.将权利要求1所述的一种用于检测二氧化硫衍生物的比率型近红外荧光探针用于检测大气中的SO2衍生物的用途。
9.将权利要求1所述的一种用于检测二氧化硫衍生物的比率型近红外荧光探针用于检测土壤中SO2衍生物的用途。
10.将权利要求1所述的一种用于检测二氧化硫衍生物的比率型近红外荧光探针用于检测农作物叶片组织中SO2衍生物的用途。
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