[发明专利]一种用于检测水中金属离子含量的化合物及其应用

说明书

本发明公开了一种用于金属离子含量检测的有机化合物，所述化合物以N‑乙氧基乙酸基‑N‑甲基吡啶苯胺作为金属离子络合体，在其分子中引入生色基团或荧光基团，生成金属离子特别是锌离子的显色指示剂或荧光指示剂。本发明的化合物还可以被固定在亲水高聚物上，利用生色基团或荧光基团的特性制成可以多次使用的可逆金属离子荧光探针，能够适用于各种环境中的金属离子浓度的连续检测，尤其是水中对锌离子浓度的连续测定。

技术领域

本发明属于有机化合物领域，尤其涉及一种可用于水中金属离子含量检测的有机化合物及其相关应用。

背景技术

水是人类发展不可缺少的自然资源，也是人类与一切生物赖以生存的物质基础。随着我国经济发展快速，人们过分依赖水资源的投入，出现大量水资源的浪费和水体污染。工业、农业、居民生活用水需求量大大增加，有些城市用水量超过当地水资源的供水能力，城市用水紧张。尤其是工业发展的多样化，复杂的污染物导致水污染状况加剧。面临水资源的严重缺乏和污染，我们必须采取措施保护和可持续利用水资源，那么污水处理任务重大，对于水质检测工作提出了更高的要求。

锌是人体必需的微量元素之一，在人体生长发育、生殖遗传、免疫、内分泌等重要生理过程中起着极其重要的作用[1]。锌是脑中含量最多的微量元素，是维持脑的正常功能所必需的，锌的含量要在一定的正常范围内，过多或者过少都会引起疾病。饮用水被锌污染后，可造成过量的锌进入人体。慢性锌中毒主要以恶心、胃部不适为主要症状，也可引起免疫功能低下，降低高密度或低密度脂蛋白胆固醇，降低铜蓝蛋白亚铁氧化酶活性，最终导致动脉粥样硬化、高血压、冠心病等。当水中锌含量为1mg·L^-1时，对水体生物氧化过程有轻微抑制作用；含锌量在3mg·L^-1～5mg·L^-1时，在煮沸后水会呈现乳白色，放置一段时间后出现一层油脂状薄膜；含锌量超过5mg·L^-1时，水中有苦涩味。

铅、汞、镉等一系列剧毒重金属被广泛用于工业生产流程中，它们大都最终转化成为阳离子而被排放到自然界。这些重金属离子在生物体内不可降解，而且可以通过食物链在生物组织里富集，从而对人和自然界造成巨大的危害。镉被广泛用于工业生产(如电池工业)，在磷肥中也大量存在，这使得环境中镉的含量近年来有了明显的增加。长期接触镉，能引起多种癌症发病率的增加。Hg单质及Hg²⁺在排人环境后，可以被水生微生物转化为甲基汞，甲基汞通过食物链在生物体内富集，达到人体后，使人产生严重的恶心、呕吐、腹痛以及肾功能损伤，危害极大。环境中的铅大都以Pb²⁺的形式存在。铅能引起消化系统、神经系统以及心脏的病变。铅对儿童的危害更为严重，可以导致儿童的智力障碍。

因此，水质检测重金属研究成为了科学研究领域中一个重要的科研课题。目前水质检测金属离子的方法中，最广泛应用的方法有电感耦合等离子发射光谱法、流动注射分析和电化学法等[2]。

由于上述测试方法的几点劣势(仪器贵重，耗时，步骤复杂，专业性强)，荧光传感器检测金属离子的方法以其独特的优点引起了人们广泛关注和极大兴趣，并在近些年得到了较大的发展。荧光传感器离子检测拥有众多的优点，有望替代此前描述的传统方法。比如，测试过程快捷方便，价格低廉，“裸眼”可视化检测，选择性好，灵敏度高，分子结构易于修饰优化。

目前，虽然文献报道了很多重金属离子识别载体，但是目前所用的重金属离子识别载体只能用于单次测定，无法连续使用也就无法实现自动化检测。

发明内容

针对现有技术的上述及其他缺陷，本申请的发明人通过大量创造性的研究工作，发明了一种效率高、灵敏度好及重现性好的用于水中的金属离子尤其是锌镉汞铅等重金属离子含量检测的有机化合物，该化合物可固定在亲水的高聚物上，可制成多次使用的可逆的离子荧光探针，适用于各种环境中的离子浓度的连续检测。

为实现上述及其他目的，本发明提供如下技术方案。