本發明涉及一種由共價有機聚合物材料熒光傳感檢測信號分子H₂S的新方法，屬于熒光探針分子檢測領域。

背景技術：

近年來，研究表明硫化氫(H₂S)分子是繼一氧化碳和一氧化氮之后的第三種內源性氣體信號分子，具有復雜的生物學活性，在臨床研究及治療應用中，受到了越來越多的關注。內源性的硫化氫主要是由含硫的氨基酸(如半胱氨酸Cys及其衍生物)在胱硫醚-β-合成酶(cystathionine-β-synthase，CBS)，3-巰基丙酮酸硫基轉移酶和胱硫醚-γ-裂解酶(cystathionine-γ-lyase，CSE)的催化作用下產生的。適量的硫化氫不僅能夠調節神經細胞和神經內分泌，還能夠血管平滑肌，并且起到保護胃黏膜，減小腸道壓力的作用。但是，過量硫化氫會對機體產生危害，影響中樞神經系統、呼吸系統，以及心臟、腦等多個器官，嚴重時將導致多種疾病，比如老年癡呆癥，唐氏綜合癥，糖尿病，肝硬化等。因此，檢測硫化氫對臨床研究和治療應用等有著重要的生理意義。

目前，檢測硫化氫的方法有多種，如光譜分析法、亞甲基藍分光光度法，電化學法，氣相色譜法、比色法、高效液相色譜法(HPLC)、毛細管電泳法、金屬誘導硫沉積法等。其中有的方法操作繁瑣，需要對樣品的進行預處理；有的則測試儀器價格昂貴，普及度低。熒光分析法操作簡便，信號直觀、靈敏度高、選擇性好，實時原位檢測，因此，得到人們的極大的關注。

共價有機材料(Covalent Organic Materials,COMs)近年來由于其比表面積大、多孔且尺寸可調等優異性能，在氣體存儲、催化反應、氣體分離以及電磁等方面得到了越來越多的關注和應用。同時，共價有機材料因含有豐富的共軛結構而具有優越的熒光性質。共價有機材料傳感檢測金屬離子、爆炸物和小分子物質等的報告較多。劉小明課題組報道的吖嗪-連接的COF-JLU3可以熒光選擇性檢測Cu²⁺(X.Liu.,et.al..Chem.Commun.,2016,52,6613--6616)；馮守華課題組報道了一種多孔有機聚合物材料POP-HT，這種材料能夠利用熒光猝滅定量檢測Fe³⁺，同時又能夠利用熒光增強檢測二惡烷(S.Feng.,et.al.ACS Appl.Mater.Interfaces 2016,8,24097-24103)；Banerjee等人通過簡單的液相剝離方法制成了COF納米層材料(TpBDH和TfpBDH)，用于檢測硝基爆炸物(Banerjee,et.al.Chem.Sci.,2015,6,3931–3939)。與COF材料相比，同屬于COM材料的共價有機聚合物材料(Covalent organic Polymer,COP)含有更加豐富的π-π共軛結構而具有良好的熒光性質，且其水熱穩定性高，可以用于熒光檢測。之前，我們組也報道過一些關于熒光傳感檢測的文章。2012年，向中華等人報道了三種COP材料(COP-2,COP-3，COP-4)可以用來傳感檢測爆炸物和小分子物質(Macromol.Rapid Commun.2012,33,1184-1190)。桑楠楠等合成了兩種COP材料(COP-301和COP-401)，可以高效傳感檢測苦味酸PA(Sang.,et.al.J.Mater.Chem.A,2015,3,92–96)。COP材料具有穩定性高，多孔性以及溶劑穩定性的優點，作為熒光材料具有很大的應用潛力，到目前為止未見COP材料關于檢測H₂S的報道。

技術實現要素：

本發明所要解決的第一個技術問題是針對上述的研究現狀而提供一種具有熒光的COP材料。

本發明所要解決的第二個技術問題是這種COP材料能夠檢測任意狀態下的H₂S。

本發明所要解決的第三個技術問題是找到一種熒光COP材料能夠敏感性同時又能夠選擇性檢測H₂S。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案如下：

本發明提供一種熒光共價有機聚合物材料的制備方法，包括以下步驟：

將催化劑雙-(1,5-環辛二烯)鎳(Ni(cod)₂)和2,2’-聯吡啶在無水無氧條件下加入N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入1,5-環辛二烯，均勻攪拌半個小時，然后向溶液中分別加入配體2,6-二溴吡啶(簡稱2,6-DP)與2,4,6-三(4-溴苯基)-1,3,5-三嗪(TBT)，60～150℃下反應6～24個小時。冷卻至室溫，向反應后的混合溶液中逐滴加入鹽酸，經過一系列的攪拌、過濾、洗滌、干燥即可得到熒光共價有機聚合物COP-409材料。

n為5-50000。

優選催化劑雙-(1,5-環辛二烯)鎳(Ni(cod)₂)、2,2’-聯吡啶、1,5-環辛二烯、2,6-二溴吡啶(簡稱2,6-DP)、2,4,6-三(4-溴苯基)-1,3,5-三嗪(TBT)的摩爾比為：(1-99):(1-99)(1-80):(0.05-20):(0.05-20)。

過濾使用真空過濾裝置；洗滌固體部分分別使用三氯甲烷、四氫呋喃和去離子水等洗滌；干燥是在真空干燥箱中80～240℃下干燥一段時間。

本發明得到的COP-409材料的應用，作為探針材料用于選擇性檢測S^2-或H₂S。它能夠在其它陰離子存在的情況下選擇性檢測S^2-(H₂S在所述的溶液或分散液中也同樣檢測到)。

通過將熒光共價有機聚合物COP-409材料分散或溶于有機溶劑中，然后將不同種類的陰離子鈉鹽溶液加入到COP-409材料分散液中，使用熒光分光光度計測量熒光光譜，記錄熒光光譜的熒光強度；通過熒光光譜數據以及紫外燈照射驗證熒光共價有機聚合物COP-409材料能夠選擇性的傳感檢測S^2-或H₂S。優選最終檢測體系中陰離子鈉鹽的濃度相同。

將幾種不同種類的陰離子鈉鹽，其中包括含S^2-的物質(如NaHSO₃,NaIO₃,NaSCN,NaNO₃,NaCl,NaBr,Na₂SO₄,NaF,Na₃PO₄,NaI,Na₂CO₃,Na₂S等)溶于有機溶劑中，配置成陰離子溶液(濃度優選為0.1M)。同時，配置濃度為(0.1～0.5)mg/mL的COP-409材料有機分散液或有機溶液。將一定量的不同的陰離子溶液分別加入COP-409材料有機分散液或有機溶液中得到陰離子-COP材料溶液，使陰離子的濃度達到1mM。

COP-409材料熒光傳感檢測S^2-或H₂S分子的過程為：首先，使用熒光分光光度計檢測空白樣品COP-409-分散液或溶液的熒光發射光譜，通過不斷地激發-發射過程，找到一個最佳激發波長λex即熒光強度最大的位置，并以此作為激發波長檢測陰離子-COP材料；將待檢測的陰離子溶液加入到COP-409-分散液或溶液中充分溶解后，將陰離子-COP材料分散液加入到比色皿中，使用熒光分光光度計檢測陰離子；每次重復操作使用的熒光分光光度計的條件一致。

熒光分光光度計的測試條件優選，電壓220～700V，狹縫寬度為5mm。

本發明制備出的具有熒光性質的共價有機聚合物探針材料，在其他物質存在的情況下能夠選擇性地傳感H₂S和S^2-。本檢測方法操作簡便，信號直觀、靈敏度高、選擇性好，可實時原位檢測。

附圖說明

圖1為實施例1中材料COP-409在甲醇中的發射光譜和激發光譜圖。

圖2為實施例1中材料COP-409檢測不同陰離子的熒光強度對比柱狀圖。

圖3為實施例1中材料COP-409檢測S^2-離子在紫外燈下的熒光圖片效果圖。

圖4為實施例2中材料COP-409對S^2-的選擇性檢測。

圖5為實施例2中材料COP-409對S^2-選擇性檢測的熒光效果圖，在紫外燈下照射。

圖6為實施例3中材料COP-409對S^2-的體外檢測。

具體實施方案

以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。實驗藥品除特別說明外，均來源于商業渠道(Alfa Aesar,Sigma Aldrich，成都愛斯特公司)，且沒有進一步提純，其中所用1，5-環辛二烯用GaH₂干燥，提純后的DMF指的是經過除水除氧后的DMF；

實施例1：

第一步：將4.09mmol的雙(1,5-環辛二烯)鎳和4.09mmol的2,2’-聯吡啶加入圓底燒瓶中，然后加入65ml純化后的DMF，再加入3.96mmol的1,5-環辛二烯，40℃下攪拌混合物，直至完全溶解。在上述得到的紫色溶液中加入0.471mmol的有機配體2,6-DP和0.314mmol的TBT。在80℃下反應10個小時。溶液冷卻至室溫后，在深紫色溶液中逐滴加入一定量的濃鹽酸，直至溶液變為淺綠色透明溶液。一段時間后，使用真空過濾裝置過濾溶液，分別使用三氯甲烷、四氫呋喃和去離子水洗滌，目的是洗掉未反應的配體、催化劑以及其他物質等。最后，在真空干燥箱中200℃下，干燥24小時，即得到固體COP-409粉末。

第二步：配置濃度為2mg/10ml的COP-409材料的甲醇分散液。將質量為0.02g的共價有機聚合物COP-409分散于100ml的甲醇中，超聲，直至分散均勻，備用。同時，將不同種類的鈉鹽(NaHSO₃,NaIO₃,NaSCN,NaNO₃,NaCl,NaBr,Na₂SO₄,NaF,Na₃PO₄,NaI,Na₂CO₃,Na₂S)溶于甲醇中，配置成濃度為0.1M的陰離子溶液，備用。備注：Na₂S溶于甲醇產生H₂S，即檢測S^2-等同于H₂S的檢測。

第三步：將一定量的陰離子溶液分別加入到3ml的COP-409-甲醇分散液中，配置成不同的COP-409-陰離子-甲醇分散液，其中陰離子溶度保持在1mM濃度。備用，測熒光。

第四步：將第二步配好的COP-409-甲醇分散液放入比色皿中，使用熒光分光光度計測量其熒光光譜，通過重復激發-發射操作，確定其最大激發波長，和最大發射波長。然后，分別測定第三步配好的COP-409-陰離子-甲醇分散液得熒光發射光譜，記錄其熒光強度的最大值。

COP-409-甲醇的熒光激發光譜和發射光譜如圖1所示。在熒光光譜圖中，可以明顯的觀察到材料COP-409在甲醇中的最大激發波長是372nm，最大發射波長位于432nm。不同的COP-409-陰離子-甲醇的熒光強度對比柱狀圖如圖2所示。COP-409中加入其它陰離子，熒光強度基本無變化或者變化很小，當加入S^2-之后，熒光強度有一個明顯的減小，發生了熒光猝滅。COP-409加入S^2-前后在紫外燈下的熒光效果圖如圖3所示?？梢钥闯觯尤隨^2-之后，COP-409的熒光圖變得很暗，光的強度很低，有一個明顯的猝滅。這說明，這種COP材料能夠檢測S^2-，同時也意味著COP-409能夠檢測H₂S。

實施例2：

制備方法和實驗條件基本同實施例1，不同之處在于第三步，將幾種不同的陰離子同時加入到COP材料中，然后再加入S^2-，測定熒光光譜圖。如圖4所示為在COP-409-甲醇中同時加入相同濃度的HSO₃^-,IO₃^-,SCN^-,NO₃^-,Cl^-,Br^-,SO₄^2-,F^-,PO₄^3-,I^-,CO₃^2-之后的熒光光譜和在此基礎上再加入S^2-之后熒光光譜對比圖。圖5是在紫外燈下的熒光效果圖片，可以明顯看出，即使在其他陰離子存在的情況下，COP-409也能夠明顯的檢測出S^2-，即H₂S。

實施例3:

制備方法和實驗條件基本同實施例1，不同之處在于第二步，選用半胱氨酸(Cys)、谷胱甘肽(GSH)和Na₂S作為被檢測物質，濃度都為1mM，使用COP-409作為熒光探針檢測。如圖6所示為，COP-409檢測這幾種物質的熒光光譜圖?？梢钥闯?，相對Cys和GSH來說，COP-409對H₂S有一個更好的選擇性猝滅效果，能夠選擇性檢測H₂S。