本發(fā)明涉及水環(huán)境中痕量Ag⁺和Fe³⁺的同時比色檢測領(lǐng)域，具體是一種含偶氮生色團多齒配體的合成及其比色法同時檢測痕量Ag⁺和Fe³⁺方法。

背景技術(shù)：

銀是一種重要的過渡金屬化學(xué)元素，在自然界中很少量以游離態(tài)單質(zhì)存在，主要以含銀化合物礦石存在。銀的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，活躍性低，價格貴，導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能很好，主要應(yīng)用于：電子電器是用銀量最大的行業(yè)，其使用分為電接觸材料、復(fù)合材料和焊接材料；鹵化銀感光材料，如攝影膠卷、相紙、X-光膠片、熒光信息記錄片、電子顯微鏡照相軟片和印刷膠片等；化工原料，如廣泛用于氧化還原和聚合反應(yīng)，用于處理含硫化物的工業(yè)廢氣等及電子電鍍工業(yè)制劑，如銀漿、氰化銀鉀等。但過量的銀的離子以及化合物對某些細菌、病毒、藻類以及真菌顯現(xiàn)出毒性，銀的這種殺菌效應(yīng)使得它在活體外就能夠?qū)⑸餁⑺?。鐵是地殼含量最豐富的金屬元素之一，也是生物體主要的組成元素。Fe³⁺與免疫的關(guān)系也比較密切，在提高機體的免疫力、增加中性白細胞和吞噬細胞的吞噬功能、和增強機體的抗感染能力的同時，鐵離子缺少常會導(dǎo)致營養(yǎng)性貧血，表現(xiàn)為睡中驚醒、睡中腿抽筋而醒、精神萎靡、厭食、挑食、生長發(fā)育遲緩、經(jīng)常頭暈、膝蓋疼、抽筋、失眠、感冒、發(fā)燒、咳嗽、腹瀉、注意力不集中、理解力、記憶力差、學(xué)習(xí)成績差，都是缺鐵的常見表現(xiàn)。因此，F(xiàn)e³⁺和Ag⁺含量的檢測具有重要理論和實踐意義。盡管近年來Fe³⁺和Ag⁺的分析手段取得了較大進展，人們已設(shè)計并提出了不同的分析檢測方法，如原子吸收光譜法、高效液相色譜分析法，電分析方法和光譜分析法等。其中，比色檢測的方法，以其實驗成本低，操作過程簡單，尤其是可以通過裸眼代替復(fù)雜昂貴的分析儀器進行檢測，已引起國內(nèi)外越來越多的學(xué)者的關(guān)注。但基于比色法同時檢測Fe³⁺和Ag⁺含量未見文獻報道。

為了提高比色檢測水相中Fe³⁺和Ag⁺含量的選擇性和靈敏度，進一步增強分析檢測的效率，節(jié)約資源，減少因多次檢測對環(huán)境可能造成的二次污染等，本發(fā)明即，以苯胺衍生物和吖啶生色團為原料，通過偶氮基團基團偶聯(lián)作用，設(shè)計制備了一種多齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料。目標(biāo)染料集N-雜吖啶環(huán),–OH and–N＝N–鍵等多種活性基團于一體，不僅穩(wěn)定性大大提高，由于共軛剛性平面的增強，多齒配位能力，對金屬離子的配位能力大大加強。對其光譜性能、尤其是對金屬離子選擇性比色傳感性能優(yōu)化探討的基礎(chǔ)上，將所設(shè)計的一種多齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料有效地應(yīng)用到環(huán)境水樣中痕量Fe³⁺和Ag+離子同時比色檢測上，其他常見的共存離子對Fe³⁺和Ag+離子同時比色檢測無干擾。最佳測試條件下，F(xiàn)e³⁺檢測的線性范圍3.5～110×10^–7mol/L，相關(guān)系數(shù)(R)0.9786，檢測限69nmol/L，相對誤差(RSD)小于5.6％；Ag⁺檢測的線性范圍2.0～130×10^–8mol/L，相關(guān)系數(shù)(R)0.9961，檢測限1.6nmol/L，相對誤差(RSD)小于4.5％。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種含偶氮生色團多齒配體的合成及其比色法同時檢測痕量Ag⁺和Fe³⁺的方法，該方法具有操作簡單，選擇性好，靈敏度高等優(yōu)點，可在中性或弱酸堿性條件下，準(zhǔn)確的用于環(huán)境水樣品中痕量Ag⁺和Fe³⁺的比色測定，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的一種含偶氮生色團多齒配體的合成及其比色法同時檢測痕量Ag⁺和Fe³⁺的方法，包括：

(1)多齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料的制備

稱取0.06143g(0.25mmol)3,6-二氨基吖啶鹽酸鹽于50mL圓底燒瓶中，加入2mL DMF和1mL H₂O溶解，用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH 1～2，再滴加0.5mL含有0.03623g(0.525mmol)的NaNO₂水溶液。恒溫0～5℃反應(yīng)30min，加入0.006g(0.1mmol)除去過量的NaNO₂。向反應(yīng)體系中緩慢滴加78.9μL(0.5mmol)N- 乙基-N-羥乙基苯胺，繼續(xù)反應(yīng)2h。減壓抽濾，得粗產(chǎn)物，再經(jīng)乙醇重結(jié)晶3次，得紫紅色晶體，產(chǎn)率89.2％。

所述步驟(1)中的多齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料系通過偶氮基團和氫鍵的雙重作用，將生色團苯胺和萘基團偶聯(lián)起來，不僅具有剛性平面結(jié)構(gòu)，還具有很高的穩(wěn)定性。

(2)多齒配體顯色劑標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱取上述深藍色晶體0.0449g，溶于100mL雙重蒸餾水中，配制成濃度為8.0×10^–5mol·L^–1的多齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在4℃下避光保存?zhèn)溆茫?/p>

(3)Fe³⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱取FeCl₃晶體0.0162g，溶于100mL雙重蒸餾水中，配置成濃度為1.0mmol L^–1的Fe³⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液，在4℃下保存；

(4)Ag⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱取AgNO₃晶體0.017g，溶于100mL雙重蒸餾水中，配置成濃度為1.0mmol L^–1的Ag⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液，在4℃下保存；

(5)環(huán)境水樣的制備

隨機量取三處環(huán)境的水各1000.0mL，分別依次用孔徑為4μm的微孔過濾膜過濾除去懸浮固體，再通過減壓蒸餾濃縮到10.0mL，得環(huán)境水樣(分別標(biāo)記為水樣1、水樣2和水樣3)，室溫下保存，備用；

(6)待測樣品中Fe³⁺濃度的測定

向10mL的容量瓶依次加入濃度為8.0×10^–5mol/L的多齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料標(biāo)準(zhǔn)溶液1.0mL、pH值為9.0的混合磷酸鹽緩沖溶液1.0mL和待測樣品1.0mL，最后加雙重蒸餾水定容至刻度線，搖勻，試劑空白作參比，1cm比色皿，記錄600nm和505nm波長處體系吸光度的比值A(chǔ)₆₀₀/A₅₀₅，計算得待測樣品中Fe³⁺的含量。

(7)待測樣品中Ag⁺濃度的測定

向10mL的容量瓶依次加入濃度為8.0×10^–5mol/L的多齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料標(biāo)準(zhǔn)溶液1.0mL、pH值為9.0的混合磷酸鹽緩沖溶液1.0mL和待測樣品1.0mL，最后加雙重蒸餾水定容至刻度線，搖勻，試劑空白作參比，1cm比色皿，記錄505nm波長處體系的吸光度，計算得待測樣品中Ag⁺濃度。

所述步驟(1)中的齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料在505nm處有強吸收，吸光系數(shù)3.83×10⁴L·mol^-1·cm^-1。

所述步驟(1)中的齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料是在冰水浴(0～5℃)條件下，以3,6-二氨基吖啶鹽酸鹽、N-乙基-N-羥乙基苯胺和亞硝酸鈉為原料，攪拌反應(yīng)2小時制得。

本發(fā)明從反應(yīng)原理入手，討論了體系的溶劑效應(yīng)、pH值、離子強度、反應(yīng)時間及共存物質(zhì)的干擾等影響因素，確定了最佳測試條件：指示劑濃度為8.0×10^-6mol/L，pH值為6.0的混合磷酸鹽緩沖溶液測試的靈敏度最高。

本方法能排除其他常見共存離子對Fe³⁺和Ag+同時比色檢測的干擾，采用UV分析儀，甚至裸眼即可同時對Fe³⁺和Ag+進行分析檢測。最佳測試條件下，F(xiàn)e³⁺檢測的線性回歸方程為A₆₀₀/A₅₀₅＝1.93+1.84×10^–6c(10^–7mol/L)，檢測的線性范圍3.5～110×10^–7mol/L，相關(guān)系數(shù)(R)0.9786，檢測限69nmol/L，樣品中Fe³⁺回收率96.2％～109.5％之間，相對誤差(RSD)小于5.6％。Ag⁺檢測的線性回歸方程為ΔA＝2.33×10^–3+8.65×10^–4c(10^–8mol/L)，檢測的線性范圍2.0～130×10^–8mol/L，相關(guān)系數(shù)(R)0.9961，檢測限1.6nmol/L，樣品中Ag⁺回收率98.2％～107.8％％之間，相對誤差(RSD)小于4.5％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明可在中性或弱酸堿pH條件下對水環(huán)境中痕量Ag⁺和Fe³⁺同時比色分析檢測，顯色劑的水溶解性好、穩(wěn)定性高，吸光系數(shù)大，因此對痕量Ag⁺和Fe³⁺檢測靈敏度高，重現(xiàn)性好，同時該方法使用的波長為505nm或600nm波長的可見光，可有效減少背景干擾吸收的同時，對有機體無傷害，有望用于生物免疫分析、檢測等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為多齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料合成路線；

圖2為不同溶劑對多齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料吸收光譜的影響；

圖3為pH對體系同時比色檢測a)Fe²⁺和b)Ag⁺吸收光譜的影響；

圖4為不同的共存離子對體系同時比色檢測Fe²⁺/Ag⁺的影響；

圖5為多齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料對痕量檢測Fe³⁺和Ag⁺的選擇性比色響應(yīng)；

圖6為a為吸光度隨Fe³⁺濃度的變化(From up to down:0,3.5,5.0,10.0,15.0,20.0,30.0,40.0,50.0,60.0,70.0,80.0,90.0,100.0,110×10^-7mol·L^-1)及b)線性關(guān)系曲線；

圖7為a為吸光度隨Ag⁺濃度的變化(From up to down:0,2.0,4.0,8.0,10.0,15.0,20.0,25.0,30.0,35.0,45.0,55.0,60.0,70.0,80.0,90.0,100.0,110.0,120.0,130×10^-8mol·L^-1)及b)線性關(guān)系曲線。

具體實施方式

除非另有定義，本文所使用的所有學(xué)術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的相同含義。

在相抵觸的情況下，以本說明書中的定義為準(zhǔn)。

除非另有說明，所有的百分數(shù)、份數(shù)、比例等都是以重量計。

當(dāng)給出數(shù)值或數(shù)值范圍、優(yōu)選范圍或一系列下限優(yōu)選值和上限優(yōu)選值時，應(yīng)當(dāng)理解其具體公開了由任何較小的范圍限值或優(yōu)選值和任何較大的范圍限值或優(yōu)選值的任何一對數(shù)值所形成的任何范圍，而無論范圍是否分別被公開。除非另有說明，在本說明書描述數(shù)值范圍之處，所述的范圍意圖包括范圍端值和范圍內(nèi)的所有整數(shù)和分數(shù)。

當(dāng)術(shù)語“約”或“左右”用于描述數(shù)值或范圍的端值時，所公開的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)是包括該具體數(shù)值或所涉及的端值。

采用“一”和“一個/種”的用法描述本發(fā)明的要素和組分，這只是出于便利和為了給出本發(fā)明一般情況。除非另有明顯表述，應(yīng)將該說明理解為包括一個/種或至少一個/種。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1，本發(fā)明實施例中，1)多齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料的制備

稱取0.06143g(0.25mmol)3,6-二氨基吖啶鹽酸鹽于50mL圓底燒瓶中，加入2mL DMF和1mL H₂O溶解，用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH 1～2，再滴加0.5mL含有0.03623g(0.525mmol)的NaNO₂水溶液。恒溫0～5℃反應(yīng)30min，加入0.006g(0.1mmol)除去過量的NaNO₂。向反應(yīng)體系中緩慢滴加78.9μL(0.5mmol)N-乙基-N-羥乙基苯胺，繼續(xù)反應(yīng)2h。減壓抽濾，得粗產(chǎn)物，再經(jīng)乙醇重結(jié)晶3次，得紫紅色晶體，產(chǎn)率89.2％。

IR(KBr),υ(cm^-1):3312(-OH),3022(Ar-H),1608,1593,1555(Ar ring),1343(Ar-N(R₁R)),1197cm^-1(C-O).¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆,δ):8.82(d,J＝7.5Hz,2H,Ar-H),8.40(d,J＝7.7Hz,2H,Ar-H),8.22(d,J＝7.9Hz,4H,Ar-H),7.91(s,1H,Ar-H),7.65(s,2H,Ar-H),6.92(d,J＝7.9Hz,4H,Ar-H),4.82(t,J＝4.8Hz,4H,CH₂),3.61(s,2H,-OH),3.32(t,J＝4.7Hz,4H,CH₂),2.60(m,J＝3.6Hz,4H,CH₂),1.15(t,J＝3.6Hz,6H,CH₃).元素分析理論值(％)：C 62.8,H 5.27,N 10.99,O 20.92；實測值：C 62.2,H 5.36,N 10.85,O 21.14。

(2)多齒配體顯色劑標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱取上述紫紅色晶體0.0449g，溶于100mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配制成濃度為8.0×10^–5mol·L^–1的3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在4℃下避光保存?zhèn)溆茫?/p>

(3)Fe³⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱取FeCl₃晶體0.0162g，溶于100mL雙重蒸餾水中，配置成濃度為1.0mmol L^–1的Fe³⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液，在4℃下保存；

(4)Ag⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱取AgNO₃晶體0.017g，溶于100mL雙重蒸餾水中，配置成濃度為1.0mmol L^–1的Ag⁺標(biāo)準(zhǔn)溶液，在4℃下保存；

(5)環(huán)境水樣的制備

隨機量取三處環(huán)境的水各1000.0mL，分別依次用孔徑為4μm的微孔過濾膜過濾除去懸浮固體，再通過減壓蒸餾濃縮到10.0mL，得環(huán)境水樣(分別標(biāo)記為水樣1、水樣2和水樣3)，室溫下保存，備用；

(6)Ag⁺和Fe³⁺同時檢測條件的優(yōu)化

從反應(yīng)原理入手(見附圖2)，討論了溶劑效應(yīng)(見附圖3)體系的pH值(見附圖4)、及共存物質(zhì)的干擾(見附圖5)等影響因素，確定了最佳測試條件：指示劑濃度為8.0×10^–5mol/L，pH值為6.0的混合磷酸鹽緩沖溶液測試的靈敏度最高，環(huán)境中常見的共存金屬離子對檢測的影響均在誤差范圍內(nèi)，優(yōu)化結(jié)果見附圖7所示。即最佳測試條件下，F(xiàn)e³⁺檢測的線性回歸方程為A₆₀₀/A₅₀₅＝1.93+1.84×10^–6c(10^–7mol/L)，檢測的線性范圍3.5～110×10^–7mol/L，相關(guān)系數(shù)(R)0.9786，檢測限69nmol/L。Ag⁺檢測的線性回歸方程為ΔA＝2.33×10^–3+8.65×10^–4c(10^–7mol/L)，檢測的線性范圍2.0～130×10^–8mol/L，相關(guān)系數(shù)(R)0.9961，檢測限1.6nmol/L。

(7)待測樣品中Ag⁺和Fe³⁺濃度的同時測定

向10mL的容量瓶依次加入經(jīng)稀釋濃度為8.0×10^–5mol/L多齒配體顯色劑3,6-二氨基-(N-乙基-N-羥乙基苯基偶氮)吖啶染料的標(biāo)準(zhǔn)溶液1.0mL、pH值為6.0的混合磷酸鹽緩沖溶液1.0mL和待測樣品1.0mL，最后加水定容至刻度線，搖勻，試劑空白作參比，1cm比色皿，記錄505nm波長處體系吸光度的差值ΔA＝A₀-A₅₀₅，其中A₀為標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度值，通過回歸方程為ΔA＝2.33×10^–3+8.65×10^–4c(10^–8mol/L)，計算得待測樣品中Ag⁺的含量；記錄600nm和505nm波長處體系吸光度的比值A(chǔ)₆₀₀/A₅₀₅，其中A₆₀₀和A₅₀₅分別為體系在600nm和505nm波長處的吸光度，通過回歸方程為A₆₀₀/A₅₀₅＝1.93+1.84×10^–6c(10^–7mol/L)，計算得待測樣品中Fe³⁺濃度。

該方法成功的用于對上述三類環(huán)境樣品中Ag⁺和Fe³⁺含量的同時測定，結(jié)果見表1。樣品中Fe³⁺回收率96.2％～109.5％之間，相對誤差(RSD)小于5.6％；樣品中Ag⁺回收率98.2％～107.8％％之間，相對誤差(RSD)小于4.5％。

表1體系對環(huán)境樣品中Fe³⁺的檢測結(jié)果(n＝5)

表2體系對環(huán)境樣品中Ag⁺的檢測結(jié)果(n＝5)

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。