一种偶氮苯类荧光传感器及其制备方法和应用技术领域
本发明属荧光传感器技术领域，具体是一种偶氮苯类荧光传感器及其制备
方法和应用。
背景技术
锌离子作为组成人体的微量金属元素,虽然含量甚微,但却在生命过程中
起着许多不同的作用，同时也与某些严重的生理疾病如老年痴呆症，帕金森综
合症等有着非常密切的关系。锌离子过量或缺乏,都会对人体产生危害,甚至有
致命的危险。因此,如何高效地检测锌离子对人类的健康和发展起着极其重要
的作用。
荧光检测法不仅方法简便,而且在灵敏度、选择性、响应时间以及生物应
用等方面均有突出优点。偶氮苯是最常见和常用的发色团之一。然而，偶氮苯
类物质的光致异构化现象，抑制了它的荧光性能和量子产率，这在很大程度上
限制了它在荧光传感器领域的应用。2,2'-二羟基偶氮苯(DHAB)，通过与金
属形成配合物后，能够抑制N＝N的光致异构化现象，增强偶氮苯基团的刚性，
使配合物与DHAB配体相比荧光增强。然而，DHAB对金属离子的选择性较差。
基于上述问题，本发明致力于提高DHAB类衍生物对金属离子的选择性和
灵敏度。通过对DHAB的邻位羟基进行结构修饰的方式，得到新型单取代DHAB
衍生物，并开发其在金属离子传感中的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种偶氮苯类荧光传感器及其制备方法和应用。
本发明的技术方案如下：
1.一种偶氮苯类荧光传感器，化学名称为2-十六碳酸-(2′-羟基)偶氮
苯酯，简称PMA，其化学式为C28H40N2O3，具有式(I)所示的结构：
2.一种权利要求1所述的偶氮苯类荧光传感器的制备方法，合成路线如
下：
制备方法包括步骤如下：
1)将2,2′-二羟基偶氮苯、碳酸钾和18-冠醚-6加入到无水丙酮中，所述
的2,2′-二羟基偶氮苯和碳酸钾的摩尔比为1:2～3；所述18-冠醚-6加入量为
0.2mmol，所用丙酮的体积为20～50ml；在室温下搅拌10min，通过恒压滴液
漏斗缓慢滴加十六碳酰氯，于1h内滴加完毕后，加热回流15h，过滤除去不
溶物，得到反应完成后的样品，所述十六碳酰氯与2,2′-二羟基偶氮苯的摩尔
比为1～1.5:1；
2)将反应完成后的样品分离提纯：
将反应完成后的样品，用旋转蒸发仪在0.1Pa下蒸馏除去溶剂后，得到棕
红色固体；
然后以乙酸乙酯和石油醚的混合液为洗脱剂，用200～300目硅胶柱对得
到的棕红色固体进行分离即制得式(I)所示的偶氮苯类荧光传感器分子PMA；
所述洗脱剂按体积比为，乙酸乙酯:石油醚＝1:10～5。
3.偶氮苯类荧光传感器应用于甲醇-HEPES缓冲溶液中锌离子的检测。以
荧光增强、溶液颜色发生明显改变的方式检测锌离子。
本发明中，上述偶氮苯类荧光传感器在甲醇-HEPES缓冲溶液中能够选择
性识别锌离子，该传感器本身没有荧光、加入到甲醇-HEPES缓冲溶液中所得
溶液的颜色为浅黄色，当与锌离子作用后，溶液的荧光显著增强、溶液颜色为
橘红色。
本发明的有益效果：
1.本发明的偶氮苯类荧光传感器，将促进偶氮苯类化合物在荧光传感器领
域的开发。
2.本发明的偶氮苯类荧光传感器对锌离子的检测现象明显，便于识别。
3.本发明偶氮苯类荧光传感器的制备方法简单。
附图说明
图1为本发明实施例3中荧光传感器与不同浓度锌离子条件下的荧光光
谱。
图中，最下面的曲线为不加入锌离子条件下的荧光曲线，曲线从下往上锌
离子的浓度依次增加。
图2为本发明实施例4的Job’sPlot图。
图3为本发明实施例5中荧光传感器在锌离子存在下的荧光随pH的变化：
图中，PMA的浓度为1.5×10-5M，锌离子浓度为0.5当量。
图4为本发明实施例6中荧光传感器在锌离子存在下的溶液颜色随pH的
变化：
图中，PMA的浓度为1.5×10-5M，锌离子浓度为0.5当量。
图5为本发明实施例7中加入不同金属离子之后的荧光强度变化的对比
图。
具体实施方案
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不限于实施例。
实施例中所用原料，如无特殊说明均为常规市购产品。
一种偶氮苯类荧光传感器-锌离子荧光传感器，具有式(I)所示的结构：
反应路线如下：
实施例1
一种偶氮苯类荧光传感器-锌离子荧光传感器的制备方法包括步骤如下：
1)将2,2′-二羟基偶氮苯(1.5mmol)、碳酸钾(3.0mmol)和18-冠醚
-6(0.2mmol)加入到20ml无水丙酮中，在室温下搅拌10min，通过恒压滴液漏
斗缓慢滴加十六碳酰氯(1.5mmol)，于1h内滴加完毕后，加热回流15h，过滤
除去不溶物，得到反应完成后的样品。
2)将反应完成后的样品分离提纯：
将反应完成后的样品，用旋转蒸发仪在0.1Pa下蒸馏除去溶剂后，得到棕
红色固体；
然后以乙酸乙酯和石油醚的混合液，按体积比为，乙酸乙酯:石油醚＝1:10，
为洗脱剂，用200～300目硅胶柱对得到的棕红色固体进行分离即制得式(I)
所示的偶氮苯类荧光传感器分子PMA(0.38g,0.84mmol)，收率：56％。1HNMR
(300MHz,CDCl3):δ7.08–7.80(m,8H),5.36(m,1H),2.01-2.35(m,
2H),1.56(m,2H),1.26(m,2H),1.03(m,2H),0.84(t,1H)。
实施例2
一种偶氮苯类荧光传感器-锌离子荧光传感器的制备方法包括步骤如下：
1)将2,2′-二羟基偶氮苯(1.5mmol)、碳酸钾(4.5mmol)和18-冠醚
-6(0.2mmol)加入到50ml无水丙酮中，在室温下搅拌10min，通过恒压滴液漏
斗缓慢滴加十六碳酰氯(2.25mmol)，于1h内滴加完毕后，加热回流15h，过
滤除去不溶物，得到反应完成后的样品。
2)将反应完成后的样品分离提纯：
将反应完成后的样品，用旋转蒸发仪在0.1Pa下蒸馏除去溶剂后，得到棕
红色固体；
然后以乙酸乙酯和石油醚的混合液，按体积比为，乙酸乙酯:石油醚＝1:5，
为洗脱剂，用200～300目硅胶柱对得到的棕红色固体进行分离即制得式(I)
所示的偶氮苯类荧光传感器分子PMA(0.41g,0.91mmol)，收率：60.3％。1HNMR
(300MHz,CDCl3):δ7.08–7.80(m,8H),5.36(m,1H),2.01-2.35(m,
2H),1.56(m,2H),1.26(m,2H),1.03(m,2H),0.84(t,1H)。
实施例3
荧光传感器与锌离子的滴定试验
在HEPES缓冲液与甲醇体积比例为1:1的混合溶剂中(pH＝7.5)，加入初
始浓度为0.3mM的荧光传感器，使得溶液中荧光传感器的浓度为15μM。然后，
依次加入不同量的初始浓度为0.3mM的锌离子，使得溶液中锌离子的浓度分别
为0.75μM、1.5μM、2.25μM、3.75μM、6.0μM、7.5μM、11.25μM、15μM、
22.5μM、37.5μM、45μM、90μM、135μM、225μM，不加入锌离子作为对照，
静置15min体系达到平衡。
用荧光光谱仪测试不同锌离子条件下的荧光光谱，激发波长为500nm，检
测波长为610nm，结果如图1所示。由图1可知，随着锌离子的浓度增加，
在610nm波长下的荧光强度逐渐增强，当锌离子浓度为0.5当量时，610nm
处的荧光强度达到最大值，继续增加锌离子的浓度，荧光强度基本不变,说明
荧光传感器能够对锌离子进行响应。
实施例4
Job’sPlot实验
在HEPES缓冲液与甲醇体积比例为1:1的混合溶剂中(pH＝7.5)，配制浓
度均为15μM传感器分子和锌离子的储存溶液。然后，依次加入不同量的传感
器分子的体积分别为4.0ml、3.6ml、3.2ml、2.8ml、2.7ml、2.6ml、2.4ml、
2.0ml、1.6ml、1.3ml、0.8ml、0.4ml、0ml，相应的加入锌离子的体积分别为
0ml、0.4ml、0.8ml、1.2ml、1.3ml、1.4ml、1.6ml、2.0ml、2.4ml、2.7ml、
3.2ml、3.6ml、4.0ml，使得溶液中传感器分子和锌离子的总浓度为15μM，
加入锌离子的摩尔比分别为0、0.1、0.2、0.3、0.325、0.35、0.4、0.5、0.6、
0.675、0.8、0.9、1.0。
用荧光光谱仪测试不同传感器分子和不同锌离子条件下的荧光光谱，激发
波长为500nm，检测波长为610nm，结果如图2所示。由图2可知，传感器分
子和锌离子结合的配位比为2:1。
实施例5
荧光传感器检测锌离子的荧光强度随pH的变化。
如实施例2所示，测定传感器的浓度为15μM，锌离子的浓度为7.5μM
的荧光随pH的变化，激发波长为500nm，检测波长为610nm，结果如图3所
示。由图3可知，在pH6-11的范围内，荧光强度和位置基本不变，可以证明
该传感器适用于在弱酸、中性和碱性条件下对锌离子的荧光检测。
实施例6
荧光传感器检测锌离子的溶液颜色随pH的变化
如实施例2所示，观察传感器的浓度为15μM，锌离子的浓度为7.5μM
的溶液颜色随pH的变化。由图4可知，在pH6～11的范围内，溶液颜色均为
橘红色，可以证明该传感器适用于在弱酸、中性和碱性条件下对锌离子的比色
检测。
实施例7
荧光传感器检测锌离子的选择性和干扰性测试
在HEPES缓冲液与甲醇体积比例为1:1的混合溶剂中(pH＝7.5)，测定传
感器的浓度为15μM，在不存在锌离子和锌离子的浓度为7.5μM时，分别向
溶液中加入过量的其它金属离子，测试加入不同金属离子之后的荧光光谱，激
发波长为500nm，检测波长为610nm，结果如图5所示。由图5可知，常见的
金属离子如铜离子，镍离子，汞离子等，荧光传感器的荧光强度变化很小或基
本没有变化(白色柱状图)，并且其它金属离子基本不干扰荧光传感器对锌离
子的检测(黑色柱状图)，可以证明该传感器对锌离子具有较高的选择性和灵
敏度。