[發明專利]一種用于檢測水中金屬離子含量的化合物及其應用

在審

• 申請號: 201910236301.7
• 申請日: 2019-03-25
• 公開（公告）號: CN110003175A
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 劉大穎;何華瑞;尹鑫
• 申請（專利權）人: 天津農學院
• 主分類號: C07D401/12
• 分類號: C07D401/12;C07D405/12;C07D417/12;C07D213/38;C07F5/02;C09K11/06;G01N21/64
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本發明公開了一種用于金屬離子含量檢測的有機化合物，所述化合物以N?乙氧基乙酸基?N?甲基吡啶苯胺作為金屬離子絡合體，在其分子中引入生色基團或熒光基團，生成金屬離子特別是鋅離子的顯色指示劑或熒光指示劑。本發明的化合物還可以被固定在親水高聚物上，利用生色基團或熒光基團的特性制成可以多次使用的可逆金屬離子熒光探針，能夠適用于各種環境中的金屬離子濃度的連續檢測，尤其是水中對鋅離子濃度的連續測定。

技術領域

本發明屬于有機化合物領域，尤其涉及一種可用于水中金屬離子含量檢測的有機化合物及其相關應用。

背景技術

水是人類發展不可缺少的自然資源，也是人類與一切生物賴以生存的物質基礎。隨著我國經濟發展快速，人們過分依賴水資源的投入，出現大量水資源的浪費和水體污染。工業、農業、居民生活用水需求量大大增加，有些城市用水量超過當地水資源的供水能力，城市用水緊張。尤其是工業發展的多樣化，復雜的污染物導致水污染狀況加劇。面臨水資源的嚴重缺乏和污染，我們必須采取措施保護和可持續利用水資源，那么污水處理任務重大，對于水質檢測工作提出了更高的要求。

鋅是人體必需的微量元素之一，在人體生長發育、生殖遺傳、免疫、內分泌等重要生理過程中起著極其重要的作用[1]。鋅是腦中含量最多的微量元素，是維持腦的正常功能所必需的，鋅的含量要在一定的正常范圍內，過多或者過少都會引起疾病。飲用水被鋅污染后，可造成過量的鋅進入人體。慢性鋅中毒主要以惡心、胃部不適為主要癥狀，也可引起免疫功能低下，降低高密度或低密度脂蛋白膽固醇，降低銅藍蛋白亞鐵氧化酶活性，最終導致動脈粥樣硬化、高血壓、冠心病等。當水中鋅含量為1mg·L^-1時，對水體生物氧化過程有輕微抑制作用；含鋅量在3mg·L^-1～5mg·L^-1時，在煮沸后水會呈現乳白色，放置一段時間后出現一層油脂狀薄膜；含鋅量超過5mg·L^-1時，水中有苦澀味。

鉛、汞、鎘等一系列劇毒重金屬被廣泛用于工業生產流程中，它們大都最終轉化成為陽離子而被排放到自然界。這些重金屬離子在生物體內不可降解，而且可以通過食物鏈在生物組織里富集，從而對人和自然界造成巨大的危害。鎘被廣泛用于工業生產(如電池工業)，在磷肥中也大量存在，這使得環境中鎘的含量近年來有了明顯的增加。長期接觸鎘，能引起多種癌癥發病率的增加。Hg單質及Hg²⁺在排人環境后，可以被水生微生物轉化為甲基汞，甲基汞通過食物鏈在生物體內富集，達到人體后，使人產生嚴重的惡心、嘔吐、腹痛以及腎功能損傷，危害極大。環境中的鉛大都以Pb²⁺的形式存在。鉛能引起消化系統、神經系統以及心臟的病變。鉛對兒童的危害更為嚴重，可以導致兒童的智力障礙。

因此，水質檢測重金屬研究成為了科學研究領域中一個重要的科研課題。目前水質檢測金屬離子的方法中，最廣泛應用的方法有電感耦合等離子發射光譜法、流動注射分析和電化學法等[2]。

由于上述測試方法的幾點劣勢(儀器貴重，耗時，步驟復雜，專業性強)，熒光傳感器檢測金屬離子的方法以其獨特的優點引起了人們廣泛關注和極大興趣，并在近些年得到了較大的發展。熒光傳感器離子檢測擁有眾多的優點，有望替代此前描述的傳統方法。比如，測試過程快捷方便，價格低廉，“裸眼”可視化檢測，選擇性好，靈敏度高，分子結構易于修飾優化。

目前，雖然文獻報道了很多重金屬離子識別載體，但是目前所用的重金屬離子識別載體只能用于單次測定，無法連續使用也就無法實現自動化檢測。

發明內容

針對現有技術的上述及其他缺陷，本申請的發明人通過大量創造性的研究工作，發明了一種效率高、靈敏度好及重現性好的用于水中的金屬離子尤其是鋅鎘汞鉛等重金屬離子含量檢測的有機化合物，該化合物可固定在親水的高聚物上，可制成多次使用的可逆的離子熒光探針，適用于各種環境中的離子濃度的連續檢測。

為實現上述及其他目的，本發明提供如下技術方案。