English

• 0.   引言

  锌离子具有良好的配位能力，广泛存在于人体细胞和体液中，是人体必需的微量元素之一，在人体内的含量仅次于铁。Zn²⁺在基因表达、机体免疫和神经传输等新陈代谢活动中发挥着重要作用^[1-3]。人体内Zn²⁺代谢紊乱，往往会导致酶活性失调、基因表达错误、细胞凋亡、神经传递受阻等生理紊乱现象，Zn²⁺浓度过低会引起消化不良、食欲不振，而Zn²⁺浓度过高则会导致一些毒性症状和神经退行性疾病，如帕金森病、癫痫等^[4-6]。因此，Zn²⁺的识别、检测对人体疾病的诊断与环境中Zn²⁺污染的监测具有重要意义。

  目前，与大多数传统分析方法相比，荧光探针法具有灵敏度高、选择性好、作用迅速、操作简单、可实时监测等诸多优点，因此在分析化学、生物化学和医药科学等多个领域里得到普遍应用^[7-13]。目前报道的大多数Zn²⁺荧光探针的分子量一般较大，合成步骤多，结构相对复杂，有的探针水溶性较差，这些因素限制了荧光探针的实际应用范围^[14-17]。因此通过简单的反应制备出水溶性好的小分子Zn²⁺荧光探针仍然具有重要意义。此外，席夫碱型荧光探针由于其合成条件温和且具有良好的配位能力而得到化学工作者的广泛关注^[18-19]。

  我们以乙二胺与水杨醛及其衍生物为原料设计合成了4种新型的席夫碱荧光探针L1~L4(Scheme 1)，并通过光谱实验研究了探针对Zn²⁺的选择性识别、检测。

  Scheme 1

  

  Scheme 1.  Synthesis of probes L1-L4

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  1.   实验部分

  1.1   仪器与试剂

  主要仪器有AVANCE Ⅲ HD 400 MHz核磁共振波谱仪(德国Bruker公司)、AVATAR-360傅里叶变换红外光谱仪(美国Niconet公司)、RF-6000荧光分光光度计(日本岛津公司)、UPH-III-10TN超纯水机(四川优普超纯科技有限公司)。

  水杨醛、取代水杨醛、乙二胺、乙醇及所用金属离子的相应盐酸盐或硝酸盐，均为分析纯，购于上海泰坦科技股份有限公司。实验用水为超纯水。

  1.2   探针L1~L4及配合物L2-Zn²⁺的合成及表征

  探针的制备如Scheme 1所示。称取水杨醛或取代水杨醛(2 mmol)、乙二胺(60 mg，1 mmol)，加入到15 mL无水乙醇中，然后加热回流2 h左右，用薄层色谱法(TLC)监测反应进程，反应期间会产生大量固体。反应完全后，旋蒸除去溶剂，加入少量冰乙醇洗涤，抽滤，烘干，即可得到目标产物。

  将探针L2(169 mg，0.5 mmol)和醋酸锌(183 mg，1 mmol)加入到乙醇(20 mL)中，加热回流2 h，然后冷却至室温，静置5 d左右析出淡黄色晶体，即配合物L2-Zn²⁺。

  L1：淡黄色固体，产率88%。¹H NMR(CDCl₃，400 MHz)：δ 13.153(s，2H)，8.257(s，2H)，7.205(t，J=15.588 Hz，2H)，7.143(d，J=9.113 Hz，2H)，6.867(d，J=8.279 Hz, 2H), 6.769(t，J=14.921 Hz，2H)，3.833(s，4H)。¹³C NMR(CDCl₃，101 Hz)：δ 165.444, 159.921, 131.342, 130.443，117.637，117.559，115.882，58.672。FTIR(KBr，cm^-1)：3 444，2 905，1 634，1 483，1 277，1 034，827，706。元素分析按C₁₆H₁₆N₂O₂的计算值(%)：C 71.62，H 6.01，N 10.44。实验值(%)：C 71.23，H 5.83，N 10.23。HRMS(m/z)：计算值269.129 0 [M+H]⁺；实验值269.127 3。

  L2：淡黄色固体，产率92%。¹H NMR(CDCl₃，400MHz)：δ 13.060(s，2H)，8.220(s，2H)，7.157~7.190(m，2H)，7.134(d，J=2.499 Hz，2H)，6.833(d，J=8.766 Hz，2H)，3.882(s，4H)。¹³C NMR(CDCl₃，101 MHz)：δ 164.385, 158.508, 131.319, 129.539，122.280，118.228，117.555，58.568。FTIR(KBr，cm^-1)：3 444，2 940，1 634，1 483，1 277，1 034，706，644。元素分析按C₁₆H₁₄Cl₂N₂O₂的计算值(%)：C 56.99，H 4.19，N 8.31；实验值(%)：C 56.70，H 4.01，N 8.14。HRMS(m/z)：计算值337.051 1 [M+H]⁺；实验值337.049 1。

  L3：淡黄色固体，产率93%。¹H NMR(CDCl₃，400MHz)：δ 13.059(s，2H)，8.225(s，2H)，7.159~7.191(m，4H)，7.137(d，J=2.320 Hz，2H)，6.833(d，J=8.762 Hz，2H)，3.887(s，4H)。¹³C NMR(CDCl₃，101 MHz)：δ 164.295, 158.990, 134.129, 132.526，118.854，118.012，109.156，58.562。FTIR(KBr，cm^-1)：3 426，2 933，1 634，1 474，1 276，1 127，1 033，826。元素分析按C₁₆H₁₄Br₂N₂O₂的计算值(%)：C 45.10，H 3.31，N 6.57；实验值(%)：C 45.00，H 3.19，N 6.39。HRMS(m/z)：计算值426.948 0 [M+H]⁺；实验值426.946 1。

  L4：淡黄色固体，产率89%。¹H NMR(CDCl₃，400MHz)：δ 13.780(s，2H)，8.425(s，2H)，7.273(d，J=8.570 Hz，2H)，6.398(d，J=1.920 Hz，1H)，6.376(d，J=1.869 Hz, 1H)，7.134(d，J=1.779 Hz，2H)，3.824(s，4H)，3.743(s，6H)。¹³C NMR(CDCl₃，101 MHz)：δ 166.305，165.723, 163.711, 133.645, 112.418，106.316，101.458，57.731，55.713; FTIR(KBr，cm^-1)：3 444，2 973，1 621，1 444, 1 285，1 025，852，581。元素分析按C₁₈H₂₀N₂O₄的计算值(%)：C 65.84，H 6.14，N 8.53；实验值(%)：C 65.65，H 6.00，N 8.39。HRMS(m/z)：计算值329.150 1[M+H]⁺；实验值329.149 0。

  L2-Zn²⁺：淡黄色固体, 产率90%，¹H NMR(DMSO-d₆，400 MHz)：δ 8.42(s，2H)，7.34(d，J=2.8 Hz，2H)，7.21(dd，J=9.0，2.8 Hz，2H)，6.58(d，J=9.0 Hz，2H)，3.72(s，4H)。¹³C NMR(101 MHz，DMSO-d₆)：δ 170.03，167.68, 133.48, 132.91，125.01，120.36，115.38，56.49，56.12，19.03。FTIR(KBr，cm^-1)：3 451，2 970，2 920，1 641, 1 560，1 460，1 420，1 300，1 171，1 090，1 050，947，819，709。元素分析按C₁₆H₁₄Cl₂N₂O₃Zn的计算值(%)：C 45.91，H 3.37，N 6.69；实验值(%)：C 45.65，H 3.13，N 6.59。

  1.3   光谱性质测试

  将探针L1~L4溶于乙醇制得探针储备液(2 mmol·L^-1)，配制金属离子(Na⁺、K⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Sn²⁺、Cd²⁺、Fe³⁺、Cr³⁺、Al³⁺)储备液(2 mmol·L^-1)用于金属选择性的检测。将4-羟乙基哌嗪乙磺酸(Hepes)溶于超纯水中制备0.1 mg·mL^-1的溶液，并用稀HCl和NaOH调节至pH=7.54，作为缓冲溶液。检测体系为EtOH-H₂O(9∶1，V/V，pH=7.54)。

  荧光滴定实验：移取20 μL探针储备液(2 mmol·L^-1)，加入适量的Zn²⁺缓冲溶液，然后加入乙醇定容至2 mL，荧光光谱测定条件为：λ_ex=362 nm，λ_em=400~600 nm，激发/发射狭缝宽度为3 nm/3 nm。

  1.4   单晶X射线衍射

  选取尺寸为0.42 mm×0.36 mm×0.32 mm的配合物L2-Zn²⁺的晶体置于玻璃毛细管上，使用Bruker SMART APEX Ⅱ CCD衍射仪，在室温下以石墨单色化的Mo Kα辐射(λ=0.071 073 nm)和φ-ω扫描技术在一定θ范围内收集晶体的强度数据。原始数据经集成到SHELX程序并用SAINT程序校正，全部数据经Lp因子和多重扫描吸收校正后，使用Olex2软件和SHELXS程序解出晶体分子结构，用SHELXL程序^[20]对全部非氢原子坐标及其各向异性热参数进行全矩阵最小二乘法精修至收敛。氢原子均为理论加氢并在结构精修中确定氢原子的位置和热参数。相应的晶体学数据见表 1，部分键长和键角见表 2。

  表 1

  

  表 1  配合物L2-Zn²⁺的晶体学数据

  Table 1.  Crystallographic data of complexe L2-Zn²⁺

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  Parameter	L2-Zn2+		Parameter	L2-Zn2+
  Empirical formula	C16H14Cl2N2O3Zn		Z	4
  Formula weight	418.56		Dc/(Mg·m-3)	1.662
  Temperature/K	296(2)		Absorption coefficient/mm-1	1.804
  Crystal system	Monoclinic		F(000)	848.0
  Space group	P21/c		Index ranges	-10 ≤ h ≤10, -14 ≤ k ≤ 14, -22 ≤ l ≤ 22
  a/nm	0.830 0(5)		Independent reflection	3 763
  b/nm	1.152 7(7)		Data completeness	0.976
  c/nm	1.748 8(11)		Goodness-of-fit on F2	1.005
  β/(°)	90.300(7)		Final R indices [I > 2σ(I)]	R=0.033 7, wR=0.073 9
  Volume/nm3	1.673 2(18)		R indices (all data)	R=0.054 1, wR=0.078 5

  表 2

  

  表 2  配合物L2-Zn²⁺的部分键长与键角

  Table 2.  Selected bond lengths (nm) and bond angles (°) of complex L2-Zn²⁺

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  Zn1—O1	0.201 27(19)	Zn1—N1	0.206 6(2)	N1—C8	0.146 1(3)
  Zn1—O2	0.198 78(18)	Zn1—N2	0.206 5(2)	N2—C9	0.146 6(3)
  Zn1—O3	0.206 4(2)	N1—C7	0.127 9(3)	N2—C10	0.127 1(3)
  O2—Zn1—O1	93.42(7)	O1—Zn1—N1	87.84(7)	O2—Zn1—N2	89.22(7)
  O2—Zn1—O3	106.10(7)	O1—Zn1—N2	160.36(7)	O3—Zn1—N1	103.63(8)
  O1—Zn1—O3	98.45(7)	O2—Zn1—N1	149.71(7)	N1—Zn1—N2	80.25(8)

  2.   结果与讨论

  2.1   探针L2与L2+Zn²⁺的UV-Vis吸收光谱

  探针L2分子中C=N键中的N原子和酚羟基中的O原子容易与Zn²⁺结合，使得分子刚性增强，从而引起探针L2光谱性质的变化。在EtOH-H₂O(9∶1，V/V，pH=7.54)中对L2的UV-Vis光谱性质进行了研究，如图 1所示。加入等量的Zn²⁺后，L2在332 nm处产生了一个新的吸收峰，说明L2与Zn²⁺发生了配位。

  图 1

  

  图 1.  L2与L2+Zn²⁺的UV-Vis吸收光谱

  c_probe=10 μmol·L^-1, c_Zn²⁺=20 μmol·L^-1.

  Figure 1.  UV-Vis absorption spectra of L2 and L2+Zn²⁺

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  2.2   探针与Zn²⁺的荧光光谱

  考察了探针L1~L4对Zn²⁺的荧光响应性，如图 2所示。结果表明，探针本身几乎没有荧光，随着Zn²⁺的加入，4种探针的荧光强度显著增强，这可能是探针与Zn²⁺的螯合使得探针分子中C=N的异构化受阻，同时增加了分子的刚性，产生了螯合型荧光增强的效果，据此可对Zn²⁺进行识别检测。其中探针L2的荧光强度最强，发出亮蓝色荧光(图 2插图)，因此选择L2为代表研究探针对Zn²⁺的识别性能。

  图 2

  

  图 2.  L1~L4对Zn²⁺的荧光响应

  c_probe=10 μmol·L^-1, c_Zn²⁺=20 μmol·L^-1; Inset: photo of L2 before and after adding Zn²⁺.

  Figure 2.  Fluorescence response of L1~L4 to Zn²⁺

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  2.3   探针L2与Zn²⁺的荧光滴定实验

  如图 3所示，随着Zn²⁺的加入，探针L2在464 nm处的荧光强度显著增强。荧光滴定实验(图 3和4)表明，在0~30 μmol·L^-1范围内，随着加入的Zn²⁺浓度的升高，体系的荧光强度不断增强，而且体系的荧光强度与Zn²⁺的浓度在0~30 μmol·L^-1范围内具有良好的线性关系，相关系数为0.993 76，检出限为92.15 nmol·L^-1，远低于国标GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》^[20]规定的饮水中Zn²⁺含量的限量值1.0 mg·L^-1(约15 μmol·L^-1)。实验数据表明探针L2可以对Zn²⁺进行高效地识别、检测。同时，根据荧光滴定结果，如图 5所示，利用Benesi-Hildebrand方程计算得出探针L2与Zn²⁺的结合常数为2.66×10⁴ L·mol^-1。

  图 3

  

  图 3.  不同浓度Zn²⁺存在时L2的荧光光谱

  Figure 3.  Fluorescence spectra of L2 in the presence of Zn²⁺ with different concentrations

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  图 4

  

  图 4.  Zn²⁺浓度与L2荧光强度的线性关系

  Figure 4.  Linear relationship between the concentration of Zn²⁺ and the fluorescence intensity of L2

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  图 5

  

  图 5.  L2与Zn²⁺的荧光滴定数据的Benesi-Hildebrand图

  Figure 5.  Benesi-Hildebrand plot from fluorescence titration data of L2 with Zn²⁺

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  2.4   探针L2识别Zn²⁺的响应时间

  用荧光光谱法研究探针L2识别Zn²⁺的响应时间，结果如图 6所示。前59 s是探针L2溶液，溶液无荧光变化。在59 s时加入Zn²⁺溶液，体系的荧光强度迅速增强，在6 s内荧光几乎达到最强且基本稳定。这表明L2可以作为Zn²⁺的快速识别荧光探针。

  图 6

  

  图 6.  L2加入Zn²⁺后在464 nm处荧光强度随时间的

  c_L2=10 μmol·L^-1, c_Zn²⁺=20 μmol·L^-1.

  Figure 6.  Change of fluorescence intensity at 464 nm of L2 with time after adding Zn²⁺

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  2.5   pH值对荧光光谱的影响

  溶液的pH值对探针L2及L2+Zn²⁺的荧光光谱的影响结果如图 7所示，探针L2本身的荧光强度非常弱，而且在5.5~8.5的pH范围内，探针L2的荧光强度几乎没有变化。但是pH对L2+Zn²⁺体系的荧光强度影响比较明显，在pH=6.7~8.0时体系荧光强度较大且基本不受溶液酸碱度的影响，当pH < 6.7或pH > 8.0时荧光强度会迅速下降。这可能是由于体系酸性增强时会引起C=N基团的分解，降低识别基团的有效浓度，而碱性增强时会导致体系中的Zn²⁺形成Zn(OH)₂，降低体系中游离Zn²⁺的浓度，二者都不利于探针L2与Zn²⁺的结合，均会导致体系荧光强度的降低。L2+Zn²⁺体系在pH=7.54时荧光强度最强，故选择7.54为测试的最佳pH值。

  图 7

  

  图 7.  pH对L2和L2+Zn²⁺体系荧光强度的影响

  c_L2=10 μmol·L^-1, c_Zn²⁺=20 μmol·L^-1.

  Figure 7.  Effect of pH on the fluorescence intensities of L2 and L2+Zn²⁺ system

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  2.6   离子选择性和抗干扰性

  考察了采用探针L2检测Zn²⁺的选择性。如图 8所示，在含有10 μmol·L^-1探针L2的EtOH-H₂O(9∶1，V/V，pH=7.54) 体系中分别加入20 μmol·L^-1的Na⁺、K⁺、Ag⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Sn²⁺、Cd²⁺、Fe³⁺、Cr³⁺和Al³⁺，只有Zn²⁺能使探针L2的荧光强度显著增强，表明探针对Zn²⁺有特异性响应。进一步考察了共存离子的影响，除了Cu²⁺和Co²⁺，其它离子对体系荧光强度的影响不明显，这表明探针L2在上述共存离子存在下可以有效地选择性识别和检测Zn²⁺。在实际测试中可以加入Cu²⁺和Co²⁺掩蔽剂再进行离子检测。

  图 8

  

  图 8.  L2 (10 μmol·L^-1)对金属离子(20 μmol·L^-1)的选择性以及Zn²⁺ (20 μmol·L^-1)与其它金属离子(20 μmol·L^-1)共存时, L2在464 nm处的荧光强度

  Figure 8.  Selectivity of L2 for metal ions and the fluorescence intensity of L2 at 464 nm when Zn²⁺ coexists with other metal ions

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  2.7   探针L2与Zn²⁺的结合模式

  为了探究探针L2与Zn²⁺的结合模式，我们首先利用等物质的量连续变换法测定了L2与Zn²⁺的Job曲线，结果如图 9所示，可以推测探针L2与Zn²⁺的结合比为1∶1。

  图 9

  

  图 9.  探针L2与Zn²⁺相互作用的Job曲线

  Figure 9.  Job′s plot for interaction between L2 and Zn²⁺

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  核磁滴定结果也验证了这一推测。在L2(0.3 mmol)的DMSO-d₆溶液里加入0.15 mmol和0.3 mmol的醋酸锌，测定其¹H NMR谱的变化，结果如图 10所示。从图 10中可以看出，随着Zn²⁺的加入，L2上酚羟基的质子峰(H1)逐渐消失，发生去质子化，亚胺的质子峰(H2)、苯环上的质子峰(H3、H4、H5)均向高场发生移动，这说明探针分子中的N原子和O原子均与Zn²⁺发生了配位。当加入与L2等量的Zn²⁺时，H1完全消失，H2~H5完全移向高场，说明L2与Zn²⁺的结合比为1∶1。

  图 10

  

  图 10.  (a) L2、(b) L2 (0.3 mmol)+Zn²⁺ (0.15 mmol)、(c) L2 (0.3 mmol)+Zn²⁺ (0.3 mmol)的1H NMR谱图

  Figure 10.  ¹H NMR spectra of (a) L2, (b) L2 (0.3 mmol)+Zn²⁺ (0.15 mmol), (c) L2 (0.3 mmol)+Zn²⁺ (0.3 mmol)

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  同时，我们培养了配合物L2-Zn²⁺的晶体，分子结构如图 11所示。L2-Zn²⁺的晶体结构表明Zn²⁺通过探针L2的N原子与O原子、以及一个水分子的O原子形成了金属配合物。原子O1、C1、C6、N1和相邻苯环几乎在一个平面上，命名为P1，原子N2、C10、C11、C12、O2和相邻苯环也几乎在一个平面上，命名为P2，P1和P2的二面角为6.999(4)°。Zn²⁺与相连的N和O原子呈变形四方锥体。同时，分子结构表明探针L2中的酚羟基发生了去质子化，L2与Zn²⁺的配位比为1∶1，这与等物质的量连续变换法与核磁滴定实验的推测结果一致。

  图 11

  

  图 11.  L2-Zn²⁺的50%概率晶体结构椭球图

  Figure 11.  Crystal structure of L2-Zn²⁺ shown as ellipsoids with 50% probability

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  此外，我们还利用Gaussian16 B3LYP/6-31G(d，p)计算了L2和L2-Zn²⁺的能量优化轨道^[21](图 12)。结果表明，L2-Zn²⁺配合物的HOMO和LUMO的能量差为3.74 eV，低于L2的HOMO和LUMO的能量差(4.31 eV)，说明探针分子L2与Zn²⁺发生了配位。

  图 12

  

  图 12.  探针L2和配合物L2-Zn²⁺的优化结构和HOMO/LUMO能量

  Figure 12.  Optimized structures and HOMO/LUMO energies of probe L2 and complex L2-Zn²⁺

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  根据上述实验结果，我们推测L2对Zn²⁺可能的识别机理如Scheme 2所示。L2中存在C=N双键异构化，同时苯酚上的—OH基团和相邻的—CH=N—组合在一起，两者导致了激发态分子内质子转移(excited-state intramolecular proton transfer，ESIPT)过程，加剧了激发态下的非辐射跃迁，使探针L2本身几乎没有荧光。加入Zn²⁺后，探针L2识别基团的空腔与Zn²⁺刚好匹配，L2与Zn²⁺发生配位，阻止了探针分子中C=N的异构化，同时增加了分子的刚性，产生了螯合型荧光增强(chelation-enhanced fluorescence，CHEF)的效果；另外，L2与Zn²⁺配位后，ESIPT过程被抑制，产生荧光响应^[22]。

  Scheme 2

  

  Scheme 2.  Fluorescence enhancement mechanism for L2 to recognize Zn²⁺

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  2.8   水样中Zn²⁺的检测

  运用本文中的实验方法检测了自来水和湘江河水中的Zn²⁺，结果见表 3。2种实际水样中Zn²⁺的加标回收率分别为100.4%~102.7%和101.0%~103.3%，相对标准偏差(RSD)分别为1.20%~1.68%和1.56%~2.52%，说明L2在实际水样中识别检测Zn²⁺的准确度高，具有良好的应用前景。

  表 3

  

  表 3  自来水和河水中的Zn²⁺的检测

  Table 3.  Determination of Zn²⁺ in tap water and river water samples

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  Sample	Added/(μmol·L-1)	Found/(μmol·L-1)	Recovery/%	RSDb/%
  Tap water	0	—	—	—
  	4.00	4.11	102.7	1.41
  	8.00	8.13	101.6	1.20
  	12.00	12.05	100.4	1.68
  River watera	0	—	—	—
  	4.00	4.13	103.3	1.88
  	8.00	8.14	101.7	1.56
  	12.00	12.12	101.0	2.52
  a The sample was taken from Xiangjiang River; b n=5.

  3.   结论

  以乙二胺与水杨醛及其衍生物为原料，通过简单的反应合成了4种新型的席夫碱类荧光探针L1~L4，其中探针L2对Zn²⁺表现出出色的选择性和灵敏度。在365 nm紫外灯下，探针L2与Zn²⁺可形成配合物，引起体系荧光增强，发出明亮的蓝色荧光，因此，探针L2可以实现可视化检测Zn²⁺，其检出限为92.15 nmol·L^-1。探针L2对Zn²⁺检测的机理为CHEF效应和ESIPT效应。通过Job曲线、核磁滴定实验、DFT理论计算和单晶结构研究发现，探针L2与Zn²⁺形成了1∶1的配合物，探针L2中的亚胺中的N原子与酚羟基中的氧原子参与了L2与Zn²⁺的配位。此外，水样中Zn²⁺的检测实验表明该探针在检测实际水样中的Zn²⁺浓度具有潜在的应用价值。

  
  
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  Scheme 1  Synthesis of probes L1-L4

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  图 1  L2与L2+Zn²⁺的UV-Vis吸收光谱

  Figure 1  UV-Vis absorption spectra of L2 and L2+Zn²⁺

  c_probe=10 μmol·L^-1, c_Zn²⁺=20 μmol·L^-1.

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  图 2  L1~L4对Zn²⁺的荧光响应

  Figure 2  Fluorescence response of L1~L4 to Zn²⁺

  c_probe=10 μmol·L^-1, c_Zn²⁺=20 μmol·L^-1; Inset: photo of L2 before and after adding Zn²⁺.

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  图 3  不同浓度Zn²⁺存在时L2的荧光光谱

  Figure 3  Fluorescence spectra of L2 in the presence of Zn²⁺ with different concentrations

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  图 4  Zn²⁺浓度与L2荧光强度的线性关系

  Figure 4  Linear relationship between the concentration of Zn²⁺ and the fluorescence intensity of L2

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  图 5  L2与Zn²⁺的荧光滴定数据的Benesi-Hildebrand图

  Figure 5  Benesi-Hildebrand plot from fluorescence titration data of L2 with Zn²⁺

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  图 6  L2加入Zn²⁺后在464 nm处荧光强度随时间的

  Figure 6  Change of fluorescence intensity at 464 nm of L2 with time after adding Zn²⁺

  c_L2=10 μmol·L^-1, c_Zn²⁺=20 μmol·L^-1.

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  图 7  pH对L2和L2+Zn²⁺体系荧光强度的影响

  Figure 7  Effect of pH on the fluorescence intensities of L2 and L2+Zn²⁺ system

  c_L2=10 μmol·L^-1, c_Zn²⁺=20 μmol·L^-1.

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  图 8  L2 (10 μmol·L^-1)对金属离子(20 μmol·L^-1)的选择性以及Zn²⁺ (20 μmol·L^-1)与其它金属离子(20 μmol·L^-1)共存时, L2在464 nm处的荧光强度

  Figure 8  Selectivity of L2 for metal ions and the fluorescence intensity of L2 at 464 nm when Zn²⁺ coexists with other metal ions

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  图 9  探针L2与Zn²⁺相互作用的Job曲线

  Figure 9  Job′s plot for interaction between L2 and Zn²⁺

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  图 10  (a) L2、(b) L2 (0.3 mmol)+Zn²⁺ (0.15 mmol)、(c) L2 (0.3 mmol)+Zn²⁺ (0.3 mmol)的1H NMR谱图

  Figure 10  ¹H NMR spectra of (a) L2, (b) L2 (0.3 mmol)+Zn²⁺ (0.15 mmol), (c) L2 (0.3 mmol)+Zn²⁺ (0.3 mmol)

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  图 11  L2-Zn²⁺的50%概率晶体结构椭球图

  Figure 11  Crystal structure of L2-Zn²⁺ shown as ellipsoids with 50% probability

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  图 12  探针L2和配合物L2-Zn²⁺的优化结构和HOMO/LUMO能量

  Figure 12  Optimized structures and HOMO/LUMO energies of probe L2 and complex L2-Zn²⁺

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  Scheme 2  Fluorescence enhancement mechanism for L2 to recognize Zn²⁺

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  表 1  配合物L2-Zn²⁺的晶体学数据

  Table 1.  Crystallographic data of complexe L2-Zn²⁺

  Parameter	L2-Zn2+		Parameter	L2-Zn2+
  Empirical formula	C16H14Cl2N2O3Zn		Z	4
  Formula weight	418.56		Dc/(Mg·m-3)	1.662
  Temperature/K	296(2)		Absorption coefficient/mm-1	1.804
  Crystal system	Monoclinic		F(000)	848.0
  Space group	P21/c		Index ranges	-10 ≤ h ≤10, -14 ≤ k ≤ 14, -22 ≤ l ≤ 22
  a/nm	0.830 0(5)		Independent reflection	3 763
  b/nm	1.152 7(7)		Data completeness	0.976
  c/nm	1.748 8(11)		Goodness-of-fit on F2	1.005
  β/(°)	90.300(7)		Final R indices [I > 2σ(I)]	R=0.033 7, wR=0.073 9
  Volume/nm3	1.673 2(18)		R indices (all data)	R=0.054 1, wR=0.078 5

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  表 2  配合物L2-Zn²⁺的部分键长与键角

  Table 2.  Selected bond lengths (nm) and bond angles (°) of complex L2-Zn²⁺

  Zn1—O1	0.201 27(19)	Zn1—N1	0.206 6(2)	N1—C8	0.146 1(3)
  Zn1—O2	0.198 78(18)	Zn1—N2	0.206 5(2)	N2—C9	0.146 6(3)
  Zn1—O3	0.206 4(2)	N1—C7	0.127 9(3)	N2—C10	0.127 1(3)
  O2—Zn1—O1	93.42(7)	O1—Zn1—N1	87.84(7)	O2—Zn1—N2	89.22(7)
  O2—Zn1—O3	106.10(7)	O1—Zn1—N2	160.36(7)	O3—Zn1—N1	103.63(8)
  O1—Zn1—O3	98.45(7)	O2—Zn1—N1	149.71(7)	N1—Zn1—N2	80.25(8)

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  表 3  自来水和河水中的Zn²⁺的检测

  Table 3.  Determination of Zn²⁺ in tap water and river water samples

  Sample	Added/(μmol·L-1)	Found/(μmol·L-1)	Recovery/%	RSDb/%
  Tap water	0	—	—	—
  	4.00	4.11	102.7	1.41
  	8.00	8.13	101.6	1.20
  	12.00	12.05	100.4	1.68
  River watera	0	—	—	—
  	4.00	4.13	103.3	1.88
  	8.00	8.14	101.7	1.56
  	12.00	12.12	101.0	2.52
  a The sample was taken from Xiangjiang River; b n=5.

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