基本信息
- 项目名称：
- 一种用于快速检测水中重金属汞离子传感器的设计及应用
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 我们合成了一个新型基于罗丹明B和8-羟基喹啉衍生物的荧光探针,展示了对汞离子较高的选择性和灵敏性,在500nm以上的吸收和荧光发射对汞离子有很好的放大效应,能够在Ph=4-9的水溶液对汞离子进行检测。我们证实了，探针分子可以用于活细胞的汞离子检测。利用此探针，我们将其制作成实用的试纸，来作为汞离子的检测。
- 详细介绍：
- 1.将探针分子配制成一定浓度的溶液，可以直接将要测样品加入溶液中，如果发现红色或者发在荧光仪上和紫外仪上进行检测；2.可以将滤纸浸泡上述溶液，然后晾干，就可以作为试纸来检测汞离子。 3、以配制成溶液的形式对Hg2+,Na+, K+, Mg2+, Mn2+, Fe2+ , Ca2+, Zn2+, Co2+, Pb2+, Cu2+, Cd2+, Ni2+ and Ag+等离子进行检测和对比，以及裸眼观察。 4、通过制成试纸的形式对Hg2+,Na+, K+, Mg2+, Mn2+, Fe2+ , Ca2+, Zn2+, Co2+, Pb2+, Cu2+, Cd2+, Ni2+ and Ag+等离子进行检测和对比，以及裸眼观察。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：由于汞的毒性很强，且易被生物富集，并通过食物链使人中毒，症状从有尿汞，到神经精神障碍，乃至神经系统损伤，如震惊世界的八大公害事件中，就有因汞中毒导致的水俣病。我国把汞列为“第一类污染物”。2001年美国环保局（EFA）发布，在饮用水中汞离子的含量不能超过2ppb（10nM）。我们设计和合成了一种用于快速检测水中重金属汞离子传感器。 基本思路：选择具有较大摩尔吸光系数和较高量子产率的罗丹明B作为生色团，实现在可见光范围进行肉眼观察的化学传感器，以及可制成试纸的汞离子。 创新点：传感器具有较大的检测限以及宽泛的pH范围，并且具有较好的灵敏性和选择性。 技术指标：检测限为1.14ppb，对于工业常见离子，如Na+, K+, Mg2+, Mn2+, Fe2+ , Ca2+, Zn2+, Co2+, Pb2+, Cu2+, Cd2+, Ni2+ and Ag+没有响应，并且也不受其竞争干扰。
科学性、先进性
- 现代分析化学己发展出一类新颖的检测试剂，即所谓的化学传感器能够较好地满足以上几个要求。对于化学传感器，近几年发展了各种不同识别机制，如光诱导电荷转移(photoinduced electrton transfer , PET )、分子内电荷转(ICT)、化学反应体系(Chemo- dosimeter ) 、氧化还原体系及共振能量转移等机理，合成了多种汞离子的光学化学传感器。然而，这些实例当中，具有实际使用价值的能够用于纯水相检测以及宽泛pH的试剂仍属少数，而其中能够有效消除测定结果假阳性的光学信号增强体系更属少见。为了克服以上方法的缺陷，特别在水溶性与选择性方面的问题，本发明经过研究，我们合成了以罗丹明为生色团，羟基喹啉为螯合基团的汞离子传感器。罗丹明衍生物本身是无色且非荧光的，一旦其“螺环内酰胺结构”由于与质子或金属离子相互作用发生开环，将给出强的荧光发射及明显的从无色到红色的颜色变化，其合成方法简单、条件温和，产物易得将该化合物用于本发明的汞离子检测获得良好效果。
获奖情况及鉴定结果
- 我们所发明的这种检测汞离子有机小分子化学传感器于2010年7月发表在了英国皇家化学会的《有机与生物分子化学》（Org. Biomol. Chem., 2010, 8, 4143–4147）上。
作品所处阶段
- 准备发表专利，以及试纸的颜色与浓度联系。
技术转让方式
- 以专利的形式进行发表和转让
作品可展示的形式
- 配制成溶液，可以裸眼观察到，也可以在365nm的紫外灯下进行荧光发射的观察。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：1.将化合物配制成一定浓度的溶液，可以直接将要测样品加入溶液中，如果发现红色或者发在荧光仪上和紫外仪上进行检测；2.可以将滤纸浸泡上述溶液，然后晾干，就可以作为试纸来检测汞离子。 本发明具有如下实质性特点：1.本发明无需对汞离子进行特殊处理，汞离子的水溶液就能满足检测的要求。2.本发明所使用的Hg2+离子检测试剂，其配制过程简单，配制完毕后可放置于冰箱中备用。3.本发明其特征在于此检测方法不借助任何仪器，通过肉眼可见的颜色变化检测被测物质。4.本发明简便快速，数分钟内就可通过颜色变化检测出被测物。 本发明的适应范围：在乙腈：水95:5的溶液里，用荧光仪进行检测，在3倍噪音信号下，检测限可达到1.14ppb。 推广前景和经济效益：本发明由于采用化学传感器具有比常规检测成本低、检测时间快不到2分钟、选择性和灵敏性比较高以及简单快捷等优点，可以广泛应用于实验室、企业、工厂、检测单位和家庭。并为国家在汞离子检测和家庭使用节约巨大的经济费用。
同类课题研究水平概述
- 近年来，拥有高灵敏度、高选择性、简洁快速的荧光分子探针检测技术快速发展，在元素分析中的应用越来越广泛。目前能够检测汞离子的荧光分子探针有很多，例如罗丹明类荧光分子探针(Chen, X. Q., S. W. Nam, et al. (2008). Organic Letters 10(22): 5235-5238.)，荧光素为荧光母体、冠醚为识别基团的探针(Yoon, S., A. E. Albers, et al. J. AM. CHEM. SOC. 2005, 127, 16030-16031)，基于荧光共振能量转移机理(FRET)设计的比率型荧光分子探针(Zhang, X. L., Y. Xiao, et al.Angew.Chem.Int.Ed.2008,47,8025-8029)以及离子催化水解型荧光探针(Santra, M., D. Ryu, et al. Chem. Commun., 2009, 2115–2117)。由于汞离子的嗜硫性，这些探针的识别基团大部分都含有硫元素。这样虽然提高了配体与汞离子的络合能力，但是同时也降低了配体的选择性，因为含硫基团也常与铅、银等元素络合。其次，这些探针大部分测试都是在实验室条件下进行的，而实际应用在自然环境条件下的案例却很少，因为自然环境条件复杂，对探针的水溶性、选择性、灵敏度都是极大的挑战。另外，生物体内的一些分子含有琉基，他们能与汞离子形成稳定的配合物，但是很少有文献去探讨这些生物分子对探针识别汞离子时的影响。因此，开发一种新型的结构简单易于制备的、高选择性与灵敏度的、并且能够应用在实际的自然环境条件下及生物细胞内的荧光分子探针仍然是个挑战。
