基本信息
- 項目名稱：
- 一種用于快速檢測水中重金屬汞離子傳感器的設計及應用
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 我們合成了一個新型基于羅丹明B和8-羥基喹啉衍生物的熒光探針,展示了對汞離子較高的選擇性和靈敏性,在500nm以上的吸收和熒光發(fā)射對汞離子有很好的放大效應,能夠在Ph=4-9的水溶液對汞離子進行檢測。我們證實了，探針分子可以用于活細胞的汞離子檢測。利用此探針，我們將其制作成實用的試紙，來作為汞離子的檢測。
- 詳細介紹：
- 1.將探針分子配制成一定濃度的溶液，可以直接將要測樣品加入溶液中，如果發(fā)現紅色或者發(fā)在熒光儀上和紫外儀上進行檢測；2.可以將濾紙浸泡上述溶液，然后晾干，就可以作為試紙來檢測汞離子。 3、以配制成溶液的形式對Hg2+,Na+, K+, Mg2+, Mn2+, Fe2+ , Ca2+, Zn2+, Co2+, Pb2+, Cu2+, Cd2+, Ni2+ and Ag+等離子進行檢測和對比，以及裸眼觀察。 4、通過制成試紙的形式對Hg2+,Na+, K+, Mg2+, Mn2+, Fe2+ , Ca2+, Zn2+, Co2+, Pb2+, Cu2+, Cd2+, Ni2+ and Ag+等離子進行檢測和對比，以及裸眼觀察。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的：由于汞的毒性很強，且易被生物富集，并通過食物鏈使人中毒，癥狀從有尿汞，到神經精神障礙，乃至神經系統損傷，如震驚世界的八大公害事件中，就有因汞中毒導致的水俁病。我國把汞列為“第一類污染物”。2001年美國環(huán)保局（EFA）發(fā)布，在飲用水中汞離子的含量不能超過2ppb（10nM）。我們設計和合成了一種用于快速檢測水中重金屬汞離子傳感器。 基本思路：選擇具有較大摩爾吸光系數和較高量子產率的羅丹明B作為生色團，實現在可見光范圍進行肉眼觀察的化學傳感器，以及可制成試紙的汞離子。 創(chuàng)新點：傳感器具有較大的檢測限以及寬泛的pH范圍，并且具有較好的靈敏性和選擇性。 技術指標：檢測限為1.14ppb，對于工業(yè)常見離子，如Na+, K+, Mg2+, Mn2+, Fe2+ , Ca2+, Zn2+, Co2+, Pb2+, Cu2+, Cd2+, Ni2+ and Ag+沒有響應，并且也不受其競爭干擾。
科學性、先進性
- 現代分析化學己發(fā)展出一類新穎的檢測試劑，即所謂的化學傳感器能夠較好地滿足以上幾個要求。對于化學傳感器，近幾年發(fā)展了各種不同識別機制，如光誘導電荷轉移(photoinduced electrton transfer , PET )、分子內電荷轉(ICT)、化學反應體系(Chemo- dosimeter ) 、氧化還原體系及共振能量轉移等機理，合成了多種汞離子的光學化學傳感器。然而，這些實例當中，具有實際使用價值的能夠用于純水相檢測以及寬泛pH的試劑仍屬少數，而其中能夠有效消除測定結果假陽性的光學信號增強體系更屬少見。為了克服以上方法的缺陷，特別在水溶性與選擇性方面的問題，本發(fā)明經過研究，我們合成了以羅丹明為生色團，羥基喹啉為螯合基團的汞離子傳感器。羅丹明衍生物本身是無色且非熒光的，一旦其“螺環(huán)內酰胺結構”由于與質子或金屬離子相互作用發(fā)生開環(huán)，將給出強的熒光發(fā)射及明顯的從無色到紅色的顏色變化，其合成方法簡單、條件溫和，產物易得將該化合物用于本發(fā)明的汞離子檢測獲得良好效果。
獲獎情況及鑒定結果
- 我們所發(fā)明的這種檢測汞離子有機小分子化學傳感器于2010年7月發(fā)表在了英國皇家化學會的《有機與生物分子化學》（Org. Biomol. Chem., 2010, 8, 4143–4147）上。
作品所處階段
- 準備發(fā)表專利，以及試紙的顏色與濃度聯系。
技術轉讓方式
- 以專利的形式進行發(fā)表和轉讓
作品可展示的形式
- 配制成溶液，可以裸眼觀察到，也可以在365nm的紫外燈下進行熒光發(fā)射的觀察。
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 使用說明：1.將化合物配制成一定濃度的溶液，可以直接將要測樣品加入溶液中，如果發(fā)現紅色或者發(fā)在熒光儀上和紫外儀上進行檢測；2.可以將濾紙浸泡上述溶液，然后晾干，就可以作為試紙來檢測汞離子。 本發(fā)明具有如下實質性特點：1.本發(fā)明無需對汞離子進行特殊處理，汞離子的水溶液就能滿足檢測的要求。2.本發(fā)明所使用的Hg2+離子檢測試劑，其配制過程簡單，配制完畢后可放置于冰箱中備用。3.本發(fā)明其特征在于此檢測方法不借助任何儀器，通過肉眼可見的顏色變化檢測被測物質。4.本發(fā)明簡便快速，數分鐘內就可通過顏色變化檢測出被測物。 本發(fā)明的適應范圍：在乙腈：水95:5的溶液里，用熒光儀進行檢測，在3倍噪音信號下，檢測限可達到1.14ppb。 推廣前景和經濟效益：本發(fā)明由于采用化學傳感器具有比常規(guī)檢測成本低、檢測時間快不到2分鐘、選擇性和靈敏性比較高以及簡單快捷等優(yōu)點，可以廣泛應用于實驗室、企業(yè)、工廠、檢測單位和家庭。并為國家在汞離子檢測和家庭使用節(jié)約巨大的經濟費用。
同類課題研究水平概述
- 近年來，擁有高靈敏度、高選擇性、簡潔快速的熒光分子探針檢測技術快速發(fā)展，在元素分析中的應用越來越廣泛。目前能夠檢測汞離子的熒光分子探針有很多，例如羅丹明類熒光分子探針(Chen, X. Q., S. W. Nam, et al. (2008). Organic Letters 10(22): 5235-5238.)，熒光素為熒光母體、冠醚為識別基團的探針(Yoon, S., A. E. Albers, et al. J. AM. CHEM. SOC. 2005, 127, 16030-16031)，基于熒光共振能量轉移機理(FRET)設計的比率型熒光分子探針(Zhang, X. L., Y. Xiao, et al.Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,8025-8029)以及離子催化水解型熒光探針(Santra, M., D. Ryu, et al. Chem. Commun., 2009, 2115–2117)。由于汞離子的嗜硫性，這些探針的識別基團大部分都含有硫元素。這樣雖然提高了配體與汞離子的絡合能力，但是同時也降低了配體的選擇性，因為含硫基團也常與鉛、銀等元素絡合。其次，這些探針大部分測試都是在實驗室條件下進行的，而實際應用在自然環(huán)境條件下的案例卻很少，因為自然環(huán)境條件復雜，對探針的水溶性、選擇性、靈敏度都是極大的挑戰(zhàn)。另外，生物體內的一些分子含有琉基，他們能與汞離子形成穩(wěn)定的配合物，但是很少有文獻去探討這些生物分子對探針識別汞離子時的影響。因此，開發(fā)一種新型的結構簡單易于制備的、高選擇性與靈敏度的、并且能夠應用在實際的自然環(huán)境條件下及生物細胞內的熒光分子探針仍然是個挑戰(zhàn)。
