罗丹明类荧光探针在重金属和过渡金属离子检测中的应用

近 年 来 ， 于 离 子诱 导 产 生 的荧 光变 化 机 理 检 测 金 属 离 基
扰 少等特点 ， 罗丹明类荧光探针在重金属 和过渡金属 离子的 检测 中得到了广 泛应 用 。 该类探针 的设计基 本思路是通 过适
当的桥联剂将罗丹 明类荧 光母体 与高选 择性 的含有 Ｎ， ｓ ０，
２９ ６４
光谱学 与光谱分析
第 ３ 卷 Ｏ
等杂原子的识别基团 Ｒ相连接 。 该技术 的关键为识别基 团 Ｒ
的选择与设计 。 另外 ，探针的设计 不仅要考 虑到对特定 离子 的选择性 ，而且还要考虑到所设计探针分子 的水溶性 以及如 何将识别基团与罗丹明荧 光母体进行有 效连接 ，因此 必须从 探针分子的整体设计 上进 行把握 。 目前 ， 罗丹 明类荧光探针可以检测的重金属与过 渡金属
罗 丹 明 类 荧 光 探 针 在 重 金 属 和 过 渡 金 属 离 子 检 测 中 的 应 用
王 晓春 ，刘 晓端Ｌ ，杨永 亮 ，申庆 华。 ，罗松光 ，李 奇
１ ．国家 地 质 实 验 测 试 中 心 ， 京 北 １０ ３ ００７ ４ ７ ０ ５０ ０
２ ．中 国地 质 科 学 院 生 态 地 球 化学 重 点实 验 室 ，北 京 １ ０ ３ ００７ ３ ．中原 油 田井 下 特 种 作 业 处 ， 南 濮 阳 河
反 应 生 成 独 特 的 五 元 环 内酰 胺 结 构 。图 １给 出 了 罗 丹 明 Ｂ 与
转录 、 神经传递等各种重要生命过 程 ；另外一些 元素则 在较
低浓度 时对 生物具有极 强的毒性 ，如铅能 引起消化 系统 、神
经 系 统 及 心 脏 的病 变 ； 境 中无 机 的汞 离 子 可被 沉 积 物 中 的 环
目前 存 在 的 问题 和 今 后 的发 展 趋 势 。 关 键 词 罗 丹 明 ；重 金 属 和 过 渡 金 属 离 子 ； 测 技 术 检 中 图分 类 号 ： ５． ０６ ３ ３ 文 献 标 识 码 ：Ａ Ｄ ：１ ． ９４ ｊｉ ｎ １０ —５３ ２ １ ）０２ ９—７ ＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ ００ ９ （０ ０ １—６ ３０ ｓ 子 的荧 光 探 针技 术 由 于操 作 简便 、 测 限 低 而 备 受 关 注 ＿ ， 检 ２
离 子 主 要包 括 Ｈｇ ， ２ Ｆ百度文库计 等 。本 文 对 近 年 来 罗 丹 明 Ｃｕ 和 ｅ
元素在生命过程中具有非常重要的功能 ， 铜对肿瘤 血管生 如 长 因子起重要的调节作用 ， 锌广泛 参与细胞 生长 发育 、 因 基
对 ｐ 不敏感 、 Ｈ 长波长发射 和高量子产率 等优点成 为该方法
最重要 的荧光母体之一 。作为重要 的荧 光材 料 ， 罗丹 明类荧 光分子是 以氧杂蒽为母体 的碱性 咕吨染 料 ， 其羧 基可与伯 氨
矗荧 ＿ ‘ 光
柯荧光
宵荧 光
Ｆｉ．１ Ｒｅ ｃ ｉｎ ｅ ｈａ ｉｍ ｆｒ ｄａ ｉ ｅ Ｂ ｔ ａ ｙ ｔ ｌｉｎ ｎｄ ｔ ａ ｓｔｏ ｅａｌｉｎ ｇ ａ ｔｏ ｍ ｃ ｎｓ ｏ ｈｏ ｍ ｎ ｗｉｈ ｈｅ ｖ ｍｅ ａ ｏ ａ ｒ ｎ ｉｉ ｎ ｍ ｔ ｏ
摘
要
作为一种高量子产率 的荧光分 子 ， 罗丹明常常被选作荧光母体用于金属离子荧光探 针的设计合 成。
该 文对近年来罗丹 明类荧光探针在 重金属 与过渡 金属离 子检测 中 的应 用进行 了详 细综 述 ，包括作 用机 理、 检测离子 、应用范 围及检测水平都进行 了详细 的比较分析 。另外 ， 出了罗丹 明类重金属离子荧光探针研究 提
引 言
重 金 属 和 过 渡 金 属 广 泛 地 存 在 于 自然 界 中 ， 中 的 一 些 其
人们在利用分子识别原理设计各种金属 离子光学探针 方面取 得 了极大 的成功并广泛应 用于化学 、生物学 和环境科学等 领
域 ［ 。其 中 ，罗 丹 明 类 荧 光 分 子 因 具 有 良 好 的 光 稳 定 性 、 ７
第 ３ 卷 ， １ 期 ０ 第 Ｏ
２０ １ ０年 １０月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖ ３ ， ｏ １ ，ｐ６ ３２ ９ ｄ． ０Ｎ ． ０ｐ ２ ９—６ ９
Ｏｃｏ ｅ ，２ １ ｔｂｒ ００
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ
离子 的选 择 性 识 别 。由 于 具 有 响 应 机 理 独 特 、检 测 灵 敏 、干
细菌转 化为有机 汞 ， 通过食物链 的累积与传 递 ， 终传输 到 最
食 物链 顶端 的人 类 ，从 而 威 胁 人 类 的 健 康 ｌ 。因 此 ，建 立 快 ｊ ］
速、 高效的重金属和过渡金属检测方 法在生命 科学 、环境科 学、 医学科学以及农业生产等方面都具 有重要 的意 义。高 效 检测方法 的建立不仅有利于掌握重金属和过渡金属传播 和迁 移途径与特征 ，而且 町以为其造成的环境 污染进行 评估和 开 展有效控制提供理论和技术上 的保 障。
重金属和过渡金属离子作用 的示 意图 。如 图所示 ，闭环结构 的罗丹 明内酰胺 的摩尔吸光系数和荧光量 子产率非 常低 ， 几 乎没有荧光 。当识别基 团 Ｒ在羰基 的协 同作用下与某种重金 属 或过渡金属离 子发 生 作用 时 ，可 导致 探针 的内酰 胺键 断 裂， 形成开环结构 ，导致荧 光强度 显著增强 ， 而实现 对该 从
收 稿 日期 ：２ １—３１ 。修 订 日期 ： ０ ００ —０ ０ ００—０ ２ １—６２
基金项 目：国家地质实验测试中心基本科研业务 费项 目（ｏ ９ ｓ ｏ ） ２ ｏ ｃ Ｊ ５ 资助
作者简介 ： 王晓春 ， ９ ４ １ ７ 年生 ，国家地质实验测试中心助理研究员
ｅ ａ ： ａ ｇ ｘ ＠ｉ ａ． ｃｃ ￣ ｉ ｗ ｎ ｗ ｃ ｃ ｓａ． ｎ ｍ ｌ ｃ