Synthesis and Application of Quinolinone-coumarin-based Colorimetric Fluorescent Probe for Recognition of Hg2+

doi:10.7503/cjcu20210660

Abstract

Abstract:

A novel quinolinone-coumarin probe， 7-diethylamino-3-［3-（7-diethylamino） coumarinyl-3-oxopropenyl］ quinolin-2-one（QCO）， was designed and synthesized for the detection of Hg²⁺ in an aqueous solution. QCO exhibited high selectivity and strong anti-interference for Hg²⁺. In addition， Hg²⁺ caused significant color changes of QCO solution， which could be identified with the naked eye. In the colorimetric method， the absorbance ratio A₅₀₀/A₃₈₀ had a good linear relationship with the Hg²⁺ concentration， and its detection limit was 2.62×10^-8 mol/L. In the fluorescence method， the detection limit of probe QCO for Hg²⁺ was 5.42×10^-8 mol/L. The stoichiometry of 1∶1（molar ratio） between QCO and Hg²⁺ was verified by Job's plot， MS and IR methods. Most remarkably， QCO could be used to detect Hg²⁺ in practical application by silicone board experiments and the standard recovery tests.

Key words: Quinolinone-coumarin, Hg²⁺, Fluorescent probe, Water sample

CLC Number:

O657.3

TrendMD:

TANG Qian, DAN Feijun, GUO Tao, LAN Haichuang. Synthesis and Application of Quinolinone-coumarin-based Colorimetric Fluorescent Probe for Recognition of Hg²⁺[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(2): 20210660.

Figures/Tables 12

Scheme 1 Synthesis of probe QCO

Fig.1 UV?Vis spectra and photos(A), fluorescence spectra and photos(B) of probe QCO(1.0×10-5 mol/L) with different metal ions(Na+, K+, Ag+, Ca2+, Ba2+, Mn2+, Co2+, Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cd 2+, Hg2+, Pb2+, Fe3+, Al3+ and Cr3+, 1.0×10-4 mol/L) in MeOH/H2O solutionInset of (A): the color change of QCO(1.0×10-5 mol/L) upon the addition of 1.0×10-4 mol/L of different metal ions under the natural light. Inset of (B): the fluorescence color change of QCO(1.0×10-5 mol/L) upon the addition of 1.0×10-4 mol/L of different metal ions under a 365 nm UV lamp.

Fig.2 Absorbance(A) and fluorescence intensity(B) changes of probe QCO(1.0×10-5 mol/L) upon addition of various metal ions(1.0×10-4 mol/L) in the presence of Hg2+a. Na+, b. K+, c. Ag+, d. Ca2+, e. Ba2+, f. Zn2+, g. Co2+, h. Ni2+, i. Mn2+, j. Cd2+, k. Cu2+, l. Pb2+, m. Fe3+, n. Al3+, o. Cr3+, p. QCO, q. Hg2+.

Fig.3 UV?Vis spectra of probe QCO(1.0×10-5 mol/L) with different concentrations of Hg2+ in MeOH/H2O solution(pH=6.5)(A) and the linearity of the absorbance ratio A500/A380 at 500 and 380 nm as a function of Hg2+ concentration(B)Inset： color change of QCO（1. 0×10-5 mol/L） upon the addition of 1. 0×10-4 mol/L of Hg2+ under the natural light.Concentration of Hg2+/（mol ·L-1）： 0， 2.5， 5， 7.5， 10， 12.5， 15， 17.5， 20， 22.5， 25， 27.5， 30， 32.5， 35， 37.5， 40， 42.5， 45， 47.5， 50， 52.5， 55， 57.5， 60， 62.5， 65， 70， 75， 80， 85， 90， 95 and 100.

Fig.4 Fluorescence spectra of probe QCO(1.0×10-5 mol/L) with different concentrations of Hg2+ in MeOH/H2O solution(pH=6.5)(A) and the linearity of the fluorescence intensity vs. concentration of Hg2+(B)Inset： fluorescence color change of QCO（1.0×10-5 mol/L） upon the addition of 1. 0×10-4 mol/L of Hg2+ under a 365 nm UV lamp. Concentration of Hg2+/（mol·L-1）： 0， 2.5， 5， 7.5， 10， 12.5， 15， 17.5， 20， 22.5， 25， 27.5， 30， 32.5， 35， 37.5， 40， 42.5， 45， 47.5， 50， 52.5， 55， 57.5， 60， 62.5， 65， 70， 75， 80， 85， 90， 95 and 100.

Fig.5 Effect of time on the fluorescence intensity of probe QCO(1.0×10-5 mol/L) to Hg2+(1.0×10-4 mol/L)

Fig.6 Effect of pH on absorbance（A） and fluorescence intensity（B） of probe QCO（1.0×10-5 mol/L） to Hg2+（1.0×10-4 mol/L）

Fig.7 Job’s plot of the binding between probe QCO and Hg2+(A) and IR spectra of probe QCO, QCO and Hg2+ complex in KBr disks(B)

Fig.8 Mass spectra of probe QCO and Hg2+ complex

Scheme 2 Possible recognition mechanism of probe QCO to Hg2+

Fig.9 Photos of the TLC plates coated QCO with various concentrations of Hg2+ under the natural light(A) and a 365 nm UV lamp(B)

Table 1 Detection of Hg2+ in actual water samples

Sample	10⁶ Added/（mol·L^-1）	10⁶Found/（mol·L^-1）	Recovery rate（%）	RSD（%， n=3）
Tap water	10.00	10.24	102.35	1.29
	20.00	18.44	92.21	1.41
	30.00	27.64	92.13	1.06
River water	10.00	10.52	105.23	1.16
	20.00	17.37	86.85	1.36
	30.00	28.41	94.71	1.92

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