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CN111735781A - 一个三苯胺嫁接的钌配合物比率发光pH传感器 - Google Patents

一个三苯胺嫁接的钌配合物比率发光pH传感器 Download PDF

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CN111735781A CN201711121496.8A CN201711121496A CN111735781A CN 111735781 A CN111735781 A CN 111735781A CN 201711121496 A CN201711121496 A CN 201711121496A CN 111735781 A CN111735781 A CN 111735781A
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grafted
intensity
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王克志
段智明
王浩
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Beijing Normal University
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Beijing Normal University
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Abstract

本发明公布了一个三苯胺嫁接的钌配合物的作为比率发光pH传感器的应用。通过测定不同酸性pH下配合物在629nm和611nm发光强度比,可由工作曲线测得未知水样的pH。该方法简单易行,并可消除因光源强度等仪器条件变化和配合物浓度变化所引起发光强度变化等因素的影响。

Description

一个三苯胺嫁接的钌配合物比率发光pH传感器
技术领域
本发明涉及pH传感领域,具体涉及一个三苯胺嫁接的钌配合物比率发光检测酸性水样 pH中的应用。
背景技术
含咪唑环配体的钌金属配合物,基态和激发态性质会随着咪唑基团的质子化或去质子化而改变,因此对于外部pH的变化会表现出明显的光谱响应,并且化合物的生物活性在很大程度上依赖于其酸碱性质。另一方面近红外发光的钌配合物pH传感器少有报道,因此,设计合成具有近红外发光pH传感器作用的钌配合物具有重要的意义。
带有可质子化/去质子化基团的取代惰性的钌(II)多吡啶配合物,是最简单的一类pH传感分子器件[Scandola,F.;Bignozzi,C.A.;Chiorboli,C.;Indelli,M.T.;Rampi,M.A.Coord.Chem.Rev. 1990,97,299.]。通过质子化/去质子化作用,可开关分子内的电子转移反应,从而实现pH诱导的钌(II)多吡啶配合物的荧光开关。含氮杂环的钌(II)多吡啶配合物是研究最多的荧光pH传感配合物。氮杂环有吡啶、吡嗪、嘧啶、咔唑和咪唑基团。吡啶、吡嗪和嘧啶具有比较低的反键π轨道,是好的π受体,而咪唑则是差的π受体和好的π给体。含咪唑环的另一优点是可通过质子转移控制轨道能量。含有咪唑环的钌(II)配合物作为发光pH传感器已有大量报道,但均采用单一波长pH发光传感[Jing,B.W.;Wu,T.;Tai,C.H.;Zhang,M.H.;Shen,T.Bull.Chem. Soc.Jpn.2000,73,1749;Cao,H.;Ye,B.H.;Li,H.;Li,R.H.;Zhou,J.Y.;Ji,L.N.Polyhedron 2000,19,1975;Cao,H.;Ye,B.H.;Zhang,Q.L.;Ji,L.N.Inorg.Chem.Commun.1999,2,338; Wang,K.Z.;Gao,L.H.;Bai,G.Y.;Jin,L.P.Inorg.Chem.Commun.2002,5,841.],而比率pH传感却鲜有报道。与传统的传单一波长pH发光传感器相比,比率型pH传感器以其在抗环境因素干扰方面(如光源光强波动)有着不可比拟的优势。本发明公开一种三苯胺嫁接的钌配合物具有酸性区比率发光pH传感性能。
发明内容
本发明的目的是公开该化合物酸性区比率发光pH传感性能。
本发明还有一个目的是公开该化合物公开该化合物pH传感性质。
本发明的技术方案如下:
本实验中的双核钌配合物是由阳离子和阴离子组成,所述阳离子为[Ru(bpy)2(HL)]2+,结构式图1所示。
本发明所述的钌配合物并不限定阴离子的类型,本领域常规阴离子均能实现本发明目的,尤其是无机盐阴离子,如(ClO4)-、氯离子、六氟磷酸根离子等,作为一种最优先的方案,本实验所述双核钌配合物的阴离子为(ClO4)-
本发明的检测未知水样的pH方法如下:
配制Britton-Robinson(简称BR)缓冲溶液,酸碱滴定在该缓冲溶液中进行。配制1.0×10-5 mol/L的配合物待测液,先用浓硫酸调节溶液pH=0.1,再用浓氢氧化钠溶液调节pH,测定酸性和碱性pH区间配合物的紫外可见吸收和发射光谱(λex=460nm)。每间隔0.2个pH测定一个数据,再根据不同酸性区pH时的配合物溶液629nm和611nm发光强度比(I629nm/I611nm),绘制标准工作曲线。进而,通过测定未知水样的的I629nm/I611nm值,由工作曲线可差得未知水样的pH值。
与现有技术相比,本发明的优势在于:不受光源强度变化等仪器条件变化和配合物浓度变化变化引起发光强度变化等因素的影响,方便准确地检测水样的pH,pH检测的有效范围为pH 1.90-3.80。
附图说明
图1是配合物[Ru(bpy)2(HL)](ClO4)2及其所含的配体bpy与HL的结构式。
图2是配合物[Ru(bpy)2(HL)](ClO4)2的合成路线。
图3是配合物是配合物[Ru(bpy)2(HL)](ClO4)2的质子化/去质子化过程。
图4(a)是酸性区pH增加对配合物的BR溶液的紫外可见吸收光谱的影响,插图是吸收值随pH的变化;图4(b)是碱性区pH增加对配合物的BR溶液的紫外可见吸收光谱的影响,插图是吸收值随pH的变化。
图5(a)是酸性区pH增加对配合物的BR溶液的光致发光光谱的影响,插图是光致发光强度随pH的变化;图5(b)是碱性区pH增加对配合物的光致发光光谱的影响,插图是光致发光强度随pH的变化。
图6为比率发光传感测定水样标准工作曲线。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步说明。
实施例1:配合物[Ru(bpy)2(HL)](ClO4)2的制备方法:
配合物[Ru(bpy)2(HL)](ClO4)2按如图2所示的途径合成,具体制备方法由如下三步组成:
(1)4-二苯胺基苯甲醛按照文献Lai,G.;Bu,X.R.;Santos,J.;Mintz,E.A.Synlett,1997,1275.]合成。
(2)配体HL按照文献[Zheng,H.Q.;Guo,Y.P.;Yin,M.C.;Fan,Y.T.,Chem.Phys.Lett.,2016, 653,17.]方法合成。
(3)配合物[Ru(bpy)2(HL)](ClO4)2按改进的文献[Zheng,H.Q.;Guo,Y.P.;Yin,M.C.;Fan,Y.T., Chem.Phys.Lett.,2016,653,17.]方法合成,细节如下:cis-[Ru(bpy)2Cl2]·2H2O(0.0998g,0.19 mmol),乙醇l(8mL),水(8mL)和配体HL(0.106g,0.23mmol)的悬浮液在N2保护下回流 3小时。冷却至室温后过滤除去不溶的杂质。产物在乙腈-二氧六环中重结晶,得红色目标产物,产率30%.元素分析C51H37N9Cl2Ru·5H2O(分子量:1038):计算值:C 59.02,H 4.56,N 12.14;分析值:C 58.76,H 4.13,N 11.82.1H NMR([D6]DMSO),ppm:d9.12–9.21(2H),9.05(1H), 7.75(1H),7.54–7.79(7H),7.38–7.49(4H),7.21–7.34(10H),7.06–7.13(8H),6.92–7.06(4H).质谱:m/z 876[M–2Cl–5H2O–H+]+,721[M–2Cl–5H2O–H+–bpy]+,257[M–2Cl–5H2O– H+–bpy–HL]+.
实施例2:不同pH时紫外可见吸收光谱和发射光谱的测定以及工作曲线的绘制
配合物的酸碱滴定是在Britton-Robinson(简称BR)缓冲溶液中进行的。BR缓冲溶液是有 0.04M冰醋酸,0.04M硼酸和0.1M氯化钠混合而成的。氯化钠是为了保持体系的离子强度,从而降低外界环境对测试的影响。配制40毫升1.0×10-5mol/L的配合物待测液,用浓硫酸调节pH至0.1,然后用浓氢氧化钠溶液调节pH,测定pH=0.10-13.6范围变化下的紫外可见吸收和发射光谱(激发波长λex=460nm)。每间隔0.2个pH测定一个光谱,读取不同pH时411nm 下的吸光度和测定发射光谱的积分发光强度,计算出发光量子效率,并绘制配合物溶液629nm 和611nm发光强度比(I629nm/I611nm)对不同酸性区pH作图,绘制标准工作曲线。
紫外-可见吸收光谱在UV-2600紫外-可见分光光度仪上测定,测定时以BR缓冲溶液作为参比液。根据吸收光谱可知,在pH=0.2-11.4的变化范围内,紫外可见吸收光谱变化可分为如图3所示的两步连续的去质子化过程:第一步如图4(a),pH从0.10上升到5.80的过程中, 34723nm处的吸收峰逐渐上升,411nm除的吸收强度逐渐下降,并在375nm处出现等吸收点,这归因于配体HL上质子化的咪唑环的质子的解离过程。第二步如图4(b)所示,pH从6.4上升到13.6,紫外可见吸收光谱在268和411nm处的吸收峰不断下降,526nm处的吸收强度增加。这一过程是由配体HL上的咪唑环去质子化引起的。
荧光发射光谱在Cary Eclipse荧光分光光度计上测定,激发波长为460nm。由图5(a)和图 5(b)可以看出,配合物的发射光谱对pH的变化十分敏感,变化过程分为两个阶段,随着pH 从0.1增加到4.5,配合物的最大发射峰位从629nm兰移到607nm,并在611nm处出现一个等发射点(见图5(a));当溶液pH从7.50增加到10.0过程中发射强度或量子效率单调下降(见图5(b))。
发光量子效率的求得是以三联吡啶钌[Ru(bpy)3]2+做标准物(Φstd=0.028),测浓度为 1.0×10-6mol/L的[Ru(bpy)3]2+水溶液的紫外可见吸收光谱和发射光谱,读取紫外可见吸收光谱 450nm处的吸光度Astd和发射光谱的积分强度Istd,根据公式(1):
Φ=Φstd(Astd/A)(I/Istd) (1)
Φ和Φstd分别为待测物和标准物的发光量子效率,A和Astd是待测物和标准物激发波长处的吸光度,I和Istd是未待测物和标准样的发光积分强度。
由见图5(a)读取不同pH时配合物溶液在629nm和611nm发光强度比(I629nm/I611nm)。以 pH为横坐标,I629nm/I611nm为纵坐标,绘制如图6所示的标准工作曲线,该曲线表明,pH=1.90-3.80间I629nm/I611nm与pH呈良好的线性关系。
实施例3:未知水样pH的测定
取未知水样23ml,向其中加入氯化钠至浓度为0.1M,保持离子强度于BR缓冲相一致。取3ml加过氯化钠的水样作为参比液,向剩余的20ml水样中加入定量配合物使其浓度为1.0×10-5mol/L,与配合物酸碱滴定时浓度保持一致。在绘制图6所示的工作曲线的仪器条件下测水样的发射光谱。读取未知水样629nm和611nm发光强度比(I629nm/I611nm),由图5所示的工作曲线可求得未知水样的pH。

Claims (1)

1.一种三苯胺嫁接的钌配合物比率发光检测酸性水样pH的用途,其特征在于:该钌金属配合物的组成为[Ru(bpy)2(HL)](ClO4)2{bpy=2,2′-联吡啶;HL=2-(4′-二苯胺基苯基)咪唑基[4,5-f][1,10]邻菲啰啉}。
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