用于检测草甘膦的荧光探针、检测试纸及其制备方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111518113 A(43)申请公布日 2020.08.11

(21)申请号 202010390918.7(22)申请日 2020.05.11

(71)申请人 西北农林科技大学

地址 712100 陕西省咸阳市杨凌示范区邰

城路3号(72)发明人 袁茂森　管健平　张晓雪　杨娇　

王进义　(74)专利代理机构 北京正华智诚专利代理事务

所(普通合伙) 11870

代理人 何凡(51)Int.Cl.

C07D 493/10(2006.01)C09K 11/06(2006.01)G01N 21/(2006.01)

权利要求书2页 说明书7页 附图3页

CN 111518113 A()发明名称

用于检测草甘膦的荧光探针、检测试纸及其制备方法(57)摘要

本发明公开了用于检测草甘膦的荧光探针、检测试纸及其制备方法，荧光探针的制备方法包括：将3-氨基苯酚、2-氯甲基吡啶和三乙胺加热回流反应，将所得产物和邻苯二甲酸酐混合，再加入浓硫酸，加热反应，然后冷却沉淀物经过滤，洗涤，干燥纯化，即得；检测试纸的制备方法包括：将粘附剂、金属富集剂溶解在溶剂中，然后加入荧光探针，继续搅拌至溶液澄清后，将溶液负载在滤纸上，将滤纸烘干，即得。本发明提供的用于检测重金属离子和农产品中有机膦农药残留量的荧光探针及负载该荧光探针的检测试纸，具有高灵敏度、高选择性且成本低廉、简单、易操作的优势。

CN 111518113 A

权　利　要　求　书

1/2页

1.一种用于检测草甘膦的荧光探针，其特征在于，分子结构通式如下：

其中，X为O、N或S；R为H或2-吡啶甲基。

2.根据权利要求1所述的用于检测草甘膦的荧光探针，其特征在于，具体分子结构如下：

3.根据权利要求2所述的用于检测草甘膦的荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将3-氨基苯酚、2-氯甲基吡啶和三乙胺加热回流6-10h，然后将溶剂三乙胺蒸发，残渣溶于CH2Cl2中，水洗后，收集有机相，再将溶剂CH2Cl2蒸发，最后通过柱层析洗脱进行纯化，再次蒸发溶剂并真空干燥；

S2.将S1所得产物和邻苯二甲酸酐混合，再加入浓硫酸，加热至120-180℃，搅拌15-28h，然后冷却至室温，倒入冰水混合物中，将沉淀物经过滤，盐水洗涤，然后干燥纯化，即得。

4.根据权利要求3所述的用于检测草甘膦的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述S1中3-氨基苯酚和2-氯甲基吡啶的摩尔比为0.8-1.2:0.8-1.2。

5.根据权利要求3所述的用于检测草甘膦的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述S1中以乙酸乙酯为洗脱液，在硅胶上进行层析纯化，并收集硅胶柱的第一个黄色部分。

6.根据权利要求3所述的用于检测草甘膦的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述S2中S1所得产物和邻苯二甲酸酐的摩尔比为1:0.2-0.8。

7.根据权利要求3所述的用于检测草甘膦的荧光探针的制备方法，其特征在于，所述S2中以二氯甲烷和乙酸乙酯混合液为洗脱剂进行层析纯化，二氯甲烷和乙酸乙酯的体积比为3:1。

8.权利要求1或2所述的荧光探针在制备用于检测草甘膦的产品中的应用。9.一种用于检测草甘膦的检测试纸，其特征在于，包括权利要求1或2所述的荧光探针。10.权利要求9所述的用于检测草甘膦的检测试纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将粘附剂、金属富集剂溶解在溶剂中，然后加入荧光探针，继续搅拌至溶液澄清后，将

2

CN 111518113 A

权　利　要　求　书

2/2页

溶液负载在滤纸上，将滤纸在30-40℃下烘干，即得；其中，粘附剂、金属富集剂和荧光探针的质量比0.5-1.5：0.000001-0.00001：0.0001-0.001。

3

CN 111518113 A

说　明　书

用于检测草甘膦的荧光探针、检测试纸及其制备方法

1/7页

技术领域

[0001]本发明属于荧光探针技术领域，尤其涉及一种用于检测草甘膦的荧光探针、检测试纸及其制备方法。

背景技术

[0002]食品安全是一个全球性的问题，也是目前我国面临的一个重大现实挑战。近年来，农产品农药中毒事件频发，逐渐引起人们的广泛关注和相关部门的高度重视。农药的大规模、大范围使用虽然给农产品的增产和经济效益的提高起到了非常积极的作用，但同时也造成了较大的环境污染，使得空气、水源、农作物产品中的农药残留量逐年递增，给生态环境以及人类健康造成了巨大的威胁。虽然我国曾三令五申并明令禁止使用一些高毒农药，并列入相关法规案，但据调查，对于瓜果、蔬菜，特别是叶菜类食用农产品，仍然使用高毒农药的农户占32.8％。目前在我国蔬菜及瓜果农产品种植中最常用到的农药是有机磷农药，由于被广泛使用及其独特的化学稳定性，其危害作用大，而且持续时间长，给食品安全、人类健康及农产品贸易均带来巨大的负面影响。对农药残留进行高效、及时、准确地检测与分析，并进而监控农药的合理使用，仍然是目前防止农药残留超标产品进入流通渠道的有效途径和策略。

[0003]由于农业生产的需要，为了提高农作物的质量和产量，农药和除草剂广泛用于农业领域。有机磷农药(OPs)是含磷的有机化合物，是现代农药中最重要、最常用的品种之一。其中，草甘膦作为一种高效、广谱的除草剂等正被广泛地用于农业，在防治农作物草害及保证农作物高产稳产方面起重要作用，然而这种农药长期施用，会发生残留，不仅对土壤、水、食品、大气、生态环境造成极其严重的污染和影响，还严重威胁人类的健康和生存。有机磷农药草甘膦除导致人体发生急性中毒外，长期接触还可引起致癌、致畸、致突变等慢性中毒，而慢性中毒常常不易被察觉。目前，由于饮用食品中农药残留量过高而引发的食物中毒事故频繁发生。要使我国农产品在国际竞争中占优势，其中严格地控制农药残留就是一个很重要的环节。

[0004]草甘膦已成为世界上最常用的除草剂。然而，草甘膦的大量使用造成了环境中土壤和水大量的农药残留物积累，严重威胁生态平衡。几十年来，已发现各种样品中含有草甘膦残留物，包括天然水，甚至是农民施肥用的粪液都含有草甘膦残留。虽然草甘膦的毒性低于其他除草剂，但最近的研究表明它会影响细胞周期调节，并抑制男性的类固醇激素分泌，可能导致生育能力下降。此外，草甘膦具有遗传毒性，可能对人类致癌。加强对有机磷农药检测方法的研究，特别是快速、灵敏、准确、简便的检测方法，对保护生态环境，保障人类健康有着重要意义。[0005]加强对有机膦农药检测方法的研究，特别是快速、灵敏、准确、简便的检测方法，对保护生态环境，保障人类健康有着重要意义；过去传统的检测重金属和过渡金属离子，及有机膦农药一系列分析技术如高效液相色谱(HPLC)、电子自旋共振(ESR)、分光光度法和原子吸收光谱(AAS)、液相色谱-串联质谱(LC-MS)、气相色谱(GC)、气相色谱-串联质谱(GC-MS)、

4

CN 111518113 A

说　明　书

2/7页

离子色谱(IC)、毛细管电泳(CE)、紫外可见分光光度计和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)其他方法已被采用于金属离子和有机膦农药检测，但这些技术具有诸如要求复杂仪器，耗时、成本高、预处理复杂、需要特定的操作技能等诸多，这了它们在实际样品中重金属离子，以及有机膦农药检测中的广泛应用。因此，建立快速、高效的重金属和过渡金属及有机膦农药的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以及有机膦农药传播和迁移途径与特征，而且可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。

[0006]综合上述，目前开发一类具有高灵敏度、高选择性且成本低廉、简单、易操作的传感器用于检测农产品中草甘膦农药残留量势在必行。

发明内容

[0007]本发明的目的在于：针对上述现有技术中存在的不足，提供一种用于检测草甘膦的荧光探针、检测试纸及其制备方法。[0008]本发明采用的技术方案如下：[0009]一种用于检测草甘膦的荧光探针，其特征在于，分子结构通式如下：

[0010]

[0011][0012]

其中，X为O、N或S；R为H或2-吡啶甲基。

进一步地，，具体分子结构如下：

[0013]

进一步地，上述的用于检测草甘膦的荧光探针的制备方法，包括以下步骤：

[0015]S1.将3-氨基苯酚、2-氯甲基吡啶和三乙胺加热回流6-10h，然后将溶剂三乙胺蒸发，残渣溶于CH2Cl2中，水洗后，收集有机相，再将溶剂CH2Cl2蒸发，最后通过柱层析洗脱进行纯化，再次蒸发溶剂并真空干燥；

[0014]

5

CN 111518113 A

说　明　书

3/7页

[0016]

S2.将S1所得产物和邻苯二甲酸酐混合，再加入浓硫酸，加热至120-180℃，搅拌

15-28h，然后冷却至室温，倒入冰水混合物中，将沉淀物经过滤，盐水洗涤，然后干燥纯化，即得

[0017]

[0018]

[0019]

本发明的荧光探针响应机理为：

[0020]

氧杂蒽类荧光团主要包括荧光素、罗丹明以及Rhodo1等，其结构因具有较大的共

辄体系和刚性共平面而能够产生较为稳定的荧光。氧杂蒽荧光团具有高的荧光量子产率，良好的光稳定性，较高的摩尔消光系数、以及较长的激发与发射波长等优异的光物理和光化学性能。

[0022]探针模型RG1中，探针以氧杂蒽罗丹明为发光母体，在其两边的氮原子上连一个2-吡啶甲基后构成金属离子螯合配体，当探针RG1与金属离子(如Cu2+)螯合后，由于与氧杂蒽母体相连的N原子的给电子能力消失，探针与Cu2+的螯合体RG1-Cu荧光淬灭。而农药草甘膦与铜离子具有较强的结合力，草甘膦可夺取与RG1螯合的Cu2+，使RG1荧光恢复，从而可以检测草甘膦。

[0023]由于探针RG1中氮原子上所连的吡啶甲基为一个，相当于仅有一个配体对Cu2+起到配位(固定)作用，探针RG1对Cu2+的络合能力较弱，因而能够实现草甘膦快速夺取Cu2+的目

6

[0021]

CN 111518113 A

说　明　书

4/7页

的，从而提高了响应的灵敏度，减少了检测时间。[0024]进一步地，S1中3-氨基苯酚和2-氯甲基吡啶的摩尔比为0.8-1.2:0.8-1.2；优选摩尔比为1:1。

[0025]进一步地，S1中以乙酸乙酯为洗脱液，在硅胶上进行层析纯化，并收集硅胶柱的第一个黄色部分。

[0026]进一步地，S2中S1所得产物和邻苯二甲酸酐的摩尔比为1:0.2-0.8；优选摩尔比为1:0.5。

[0027]进一步地，S2中以二氯甲烷和乙酸乙酯混合液为洗脱剂进行层析纯化，二氯甲烷和乙酸乙酯的体积比为3:1。

[0028]采用上述的方法制备得到的荧光探针。

[0029]上述的荧光探针在制备用于检测草甘膦的产品中的应用。[0030]一种用于检测草甘膦的检测试纸，包括上述荧光探针。[0031]上述的用于检测草甘膦的检测试纸的制备方法，包括以下步骤：[0032]将粘附剂、金属富集剂溶解在溶剂中，然后加入荧光探针，继续搅拌至溶液澄清后，将溶液负载在滤纸上，将滤纸在30-40℃下烘干，即得；其中，粘附剂、金属富集剂和荧光探针的质量比0.5-1.5：0.000001-0.00001：0.0001-0.001；优选为1.0：0.000005：0.0005。[0033]进一步地，所述滤纸的表面积为1-20cm2，优选为10cm2。

[0034]本发明通过粘附剂使得荧光探针分钟牢牢地吸附在检测试纸上，通过金属富集剂来富集金属离子的浓度，利于荧光探针与金属离子螯合，使得检测试纸起到良好的检测效果。

[0035]进一步地，粘附剂为聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺、甲基纤维素钠、聚丙烯酸树脂和有机硅胶中的至少一种，所述金属富集剂为三辛胺、三庚胺、三己胺和三壬胺中的至少一种，所述溶剂为乙醇、丙酮、氯仿、二氯甲烷、乙酸乙酯、乙醚、四氢呋喃、甲醇和丙醇中的至少一种。

[0036]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：[0037]本发明通过以氧杂蒽罗丹明为发光母体，在其两边的氮原子上连一个2-吡啶甲基后构成金属离子螯合配体，制备得到荧光探针，该荧光探针能够专一性的识别金属离子和草甘膦；通过将该荧光探针制成检测试纸能实现对环境水溶液中金属离子和果蔬上面残留草甘膦的可视化颜色变化的检测(粉红色-无色-粉红色)。因此，本发明通过制备荧光探针及负载该荧光探针的检测试纸，实现了对水溶液中金属离子和果蔬中草甘膦残留量简便快速的检测，具有高灵敏度、高选择性且成本低廉、简单、易操作，具有较强的实际应用价值。附图说明

[0038]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0039]图1为本发明实施例1制得的荧光探针的1H核磁谱图；[0040]图2为本发明实施例1制得的荧光探针的13C核磁谱图；

7

CN 111518113 A[0041]

说　明　书

5/7页

图3为实施例4制得的检测试纸识别Cu2+和草甘膦的颜色变化图；

[0042]图4为实施例4制得的检测试纸滴加不同浓度的Cu2+后试纸条的颜色变化图；

[0043]图5为实施例4制得的检测试纸经过Cu2+处理后再滴加不同浓度的草甘膦溶液纸条颜色的变化图。

具体实施方式

[0044]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。[0045]因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0046]需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0047]以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。[0048]实施例1

[0049]本发明较佳实施例提供的一种用于检测草甘膦的荧光探针的制备方法，具体步骤如下：

[0050]将20mmol的3-氨基苯酚、20mmol的2-氯甲基吡啶和5.10mL三乙胺在150mL乙醇中加热回流8h。然后将溶剂蒸发，残渣溶于120mLCH2Cl2中，用水洗涤去盐，收集有机相，再将溶剂蒸发；以乙酸乙酯为洗脱液，在硅胶上进行层析纯化；收集硅胶柱的第一个黄色部分，蒸发溶剂，真空干燥得黄色粉末；

[0051]将浓硫酸10mL加入到1mmol黄色粉末和0.5mmol邻苯二甲酸酐混合物中，上述体系加热至150℃，搅拌24h，然后将反应混合物冷却至室温，倒入200mL的冰水混合物中，沉淀物经过滤，盐水洗涤三次，然后加压干燥得到粗产品；粗产品经硅胶柱层析纯化，洗脱剂为体积比为3:1的二氯甲烷和乙酸乙酯混合液，得紫色固体即为荧光探针。[0052]实施例2

[0053]本发明较佳实施例提供的一种用于检测草甘膦的荧光探针的制备方法，具体步骤如下：

[00]将20mmol的3-氨基苯酚、22mmol的2-氯甲基吡啶和5.50mL三乙胺在180mL乙醇中加热回流10h。然后将溶剂蒸发，残渣溶于100mLCH2Cl2中，用水洗涤去盐，收集有机相，再将溶剂蒸发；以乙酸乙酯为洗脱液，在硅胶上进行层析纯化；收集硅胶柱的第一个黄色部分，蒸发溶剂，真空干燥得黄色粉末；

8

CN 111518113 A[0055]

说　明　书

6/7页

将浓硫酸11mL加入到1mmol黄色粉末和0.6mmol邻苯二甲酸酐混合物中，上述体系

加热至165℃，搅拌20h，然后将反应混合物冷却至室温，倒入150mL的冰水混合物中，沉淀物经过滤，盐水洗涤三次，然后加压干燥得到粗产品；粗产品经硅胶柱层析纯化，洗脱剂为体积比为3:1的二氯甲烷和乙酸乙酯混合液，得紫色固体即为荧光探针。[0056]实施例3

[0057]本发明较佳实施例提供的一种用于检测草甘膦的荧光探针的制备方法，具体步骤如下：

[0058]将20mmol的3-氨基苯酚、18mmol的2-氯甲基吡啶和6.00mL三乙胺在150mL乙醇中加热回流7h。然后将溶剂蒸发，残渣溶于150mLCH2Cl2中，用水洗涤去盐，收集有机相，再将溶剂蒸发；以乙酸乙酯为洗脱液，在硅胶上进行层析纯化；收集硅胶柱的第一个黄色部分，蒸发溶剂，真空干燥得黄色粉末；

[0059]将浓硫酸10mL加入到1mmol黄色粉末和0.5mmol邻苯二甲酸酐混合物中，上述体系加热至170℃，搅拌26h，然后将反应混合物冷却至室温，倒入180mL的冰水混合物中，沉淀物经过滤，盐水洗涤三次，然后加压干燥得到粗产品；粗产品经硅胶柱层析纯化，洗脱剂为体积比为3:1的二氯甲烷和乙酸乙酯混合液，得紫色固体即为荧光探针。[0060]实施例4

[0061]在上述实施例1的基础上，本发明较佳的实施例提供一种含有上述的荧光探针的检测试纸的制备方法，具体步骤如下：[0062]将1.0g聚环氧乙烷、6.4μL三辛胺溶解在30mL乙醇中，加热到50℃使其充分溶解，然后把实施例1制得的荧光探针0.0005g加入上述混合液中继续搅拌至溶液澄清后，再将溶液倒入培养皿中，置入滤纸，把溶液负载在表面积10cm2的滤纸上，滤纸在35℃下烘干后，即得。

[0063]实施例5

[00]在上述实施例1的基础上，本发明较佳的实施例提供一种含有上述的荧光探针的检测试纸的制备方法，具体步骤如下：[0065]将1.0g甲基纤维素钠、6.4μL三己胺溶解在30mL丙酮中，加热到50℃使其充分溶解，然后把实施例1制得的荧光探针0.0008g加入上述混合液中继续搅拌至溶液澄清后，再将溶液倒入培养皿中，置入滤纸，把溶液负载在表面积15cm2的滤纸上，滤纸在35℃下烘干后，即得。

[0066]实验例1

[0067]实施例1制得的荧光探针的质量为1.4mg，产率为37.2％。核磁共振谱图如图1和

1

图2所示。H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ8.(s,2H),8.01(s,1H),7.61-7.70(m,4H),7.21-7.31(m,7H),6.34-6.57(m,6H),4.87(s,4H).13C NMR(126MHz,Chloroform-d)δ169.,157.68,153.26,149.74,137.16,134.16,129.50,129.45,129.32,125.27,124.51,122.37,120.91,111.80,109.45,101.13,99.05,57.07.[0068]实验例2

[0069]对实施例4制得的检测试纸进行检测效果实验，具体步骤及结论如下：[0070]1)首先滴加Cu2+到检测试纸上(检测试纸原本呈粉红色如图3中a所示)，检测试纸的颜色粉红色快速地褪去，如图3中b所示；

9

CN 111518113 A[0071]

说　明　书

7/7页

2)然后再滴加草甘膦溶液，发现检测试纸晾干颜色又恢复成粉红色，如图3中c所

示；

3)对于不同浓度的Cu2+溶液(0μM，0.1μM，0.15μM，0.2μM，0.25μM，0.3μM，0.35μM，

0.4μM)，其试纸条所改变的颜色不一样，如图4所示，Cu2+浓度越大，试纸条粉色越来越浅，甚至无色；

[0073]4)在采用相同浓度Cu2+溶液(0μM，0.1μM，0.2μM，0.3μM，0.4μM，0.5μM，0.55μM，0.6μM)处理过的检测试纸上滴加不同浓度的草甘膦溶液，其试纸条颜色恢复的程度不一样；如图5所示，随着草甘膦溶液浓度增大，处理过的试纸条颜色(粉红色)恢复的越来越深。[0074]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

[0072]

10

CN 111518113 A

说　明　书　附　图

1/3页

图1

11

CN 111518113 A

说　明　书　附　图

2/3页

图2

12

CN 111518113 A

说　明　书　附　图

3/3页

图3

图4

图5

13