锌基配合物的合成及其对水中Fe3+的荧光检测性能探索

doi:10.16553/j.cnki.issn1000-985x.2025.0145

摘要/Abstract

摘要： 以硝酸锌、吡嗪-2，3，5，6-四羧酸为原料，采用溶剂热法成功制备了一种新型锌基配合物Zn₂（H₂PZTC）₂·0.08DMSO·4C₂H₇N·2H₂O（配合物1，H₄PZTC=吡嗪-2，3，5，6-四羧酸，C₈O₈N₂H₄， DMSO=二甲基亚砜， C₂H₆SO），并通过单晶X射线衍射、粉末X射线衍射、红外光谱和热重分析对其结构进行了表征。配合物1中的锌离子通过质子化的吡嗪-2，3，5，6-四羧酸形成了两种二级建筑单元，各建筑单元交错排列形成了二维层状结构，并借助氢键弱作用形成三维超分子结构。荧光性能的研究结果表明Fe³⁺与配合物1之间存在竞争吸收，所以配合物1对Fe³⁺表现出良好的荧光猝灭效果和较低的检测限。

关键词: 锌基配合物; 溶剂热法; 超分子结构; 荧光探针; 离子检测

Abstract: A novel zinc-based complex， Zn₂（H₂PZTC）₂·0.08DMSO·4C₂H₇N·2H₂O （complex 1，H₄PZTC=pyrazine-2，3，5，6-tetracarboxylic acid， C₈O₈N₂H₄， DMSO=dimethyl sulfoxide， C₂H₆SO）， was successfully synthesized via the solvothermal method using zinc nitrate and pyrazine-2，3，5，6-tetracarboxylic acid as raw materials. The structure of the complex 1 was characterized by single crystal X-ray diffraction， powder X-ray diffraction， infrared spectroscopy and thermogravimetry analysis. The zinc ions formed two secondary building units through protonated pyrazine-2，3，5，6-tetracarboxylic acid in complex 1. The building units interlace to form a two-dimensional layered structure， which further assembles into a three-dimensional supramolecular structure through weak hydrogen bond interactions. Fluorescence studies reveal that complex 1 exhibits competitive absorption toward Fe³⁺ resulting in significant fluorescence quenching and a low detection limit for Fe³⁺.

Key words: zinc-based complex; solvothermal method; supramolecular structure; fluorescence probe; ion detection

中图分类号:

O614.24^＋1

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图/表 18

表1 配合物1的晶体结构数据

Table 1 Crystal data of complex 1

Complex	C_24.16 H_36.48 N₈ O_18.08 S_0.08 Zn₂	CCDC	2466320
Formula weight	744.40	μ/mm^-1	1.461
Temperature/K	150.0	F_（000）	753.0
Crystal system	Triclinic	Crystal size/mm³	0.24×0.22×0.2
Space group	P1	Radiation	Mo Kα（λ=1.541 78 Å）
a/nm	1.093 62（2）	2θ range for data collection/（°）	6.16 to 149.494
b/nm	1.124 53（2）	Index range	-13≤h≤13， -14≤k≤14， -18≤l≤17
c/nm	1.439 30（3）	Reflections collected	22 346
α/（°）	87.860 0（10）	Independent reflections	6 965 ［R_int=0.029 3， R_sigma=0.033 6］
β/（°）	85.768 0（10）	Data/restraints/parameters	6 965/0/343
γ/（°）	79.127 0（10）	Goodness-of-fit on F²	1.047
Volume/nm³	1.733 05（6）	Final R indexes ［I≥2σ （I）］	R₁=0.085 0， wR₂=0.241 8
Z	2	Final R indexes ［all data］	R₁=0.087 7， wR₂=0.247 2
ρ_calc/（g·cm^-3）	1.427	Largest diff. peak/hole/（e·Å^-3）	1.22/-0.73

图1 配合物1的晶体结构图

Fig.1 Crystal structure diagram of complex 1

图2 配合物1通过氢键形成的三维超分子结构

Fig.2 Complex 1 forms a three-dimensional supramolecular architecture through hydrogen bonds

表2 配合物1的氢键

Table 2 Hydrogen bonding for complex 1

D—H…A	d（D—H）/nm	d（H…A）/nm	d（D…A）/nm	∠D—H…A/（°）
N（2）—H（2）…O（6）	0.88	0.236	0.275 4（9）	107
N（2）—H（2）…O（16）	0.88	0.213	0.289 0（10）	145
N（6）—H（6）…O（4）	0.88	0.253	0.321 5（8）	135
C（2）—H（2B）…O（10）	0.98	0.242	0.333 4（17）	154
C（2）—H（2B）…O（18）	0.98	0.246	0.327 7（17）	141
C（5）—H（5C）…O（12）	0.98	0.243	0.339 3（10）	168
C（9）—H（9B）…O（18）	0.98	0.244	0.314 1（11）	128
C（17）—H（17A）…O（15）	0.98	0.232	0.322 1（15）	152

图3 配合物1在不同时间下的PXRD图谱

Fig.3 PXRD patterns of complex 1 for different time

图4 配合物1的FT-IR光谱

Fig.4 FT-IR spectrum of complex 1

图5 配合物1和配体的紫外光谱

Fig.5 UV-Vis spectra of complex 1 and ligand

图6 配合物1的热重曲线

Fig.6 Thermogravimetry curve of complex 1

图7 配体的荧光光谱

Fig.7 Fluorescence spectra of ligand

图8 配合物1的荧光光谱

Fig.8 Fluorescence spectra of complex 1

图9 配合物1对不同检测物的荧光光谱

Fig.9 Fluorescence spectra of complex 1 with different analytes

图10 配合物1浸泡在不同检测物后的荧光峰强度

Fig.10 Fluorescence intensity of complex 1 immersion in different analytes

图11 配合物1的抗干扰实验

Fig.11 Anti-interference experiment of complex 1

图12 配合物1在不同浓度Fe3+中的发射光谱

Fig.12 Emission spectra of complex 1 at different concentrations of Fe3+

图13 配合物1的I0/I与不同浓度Fe3+的Stern-Volmer图

Fig.13 Stern-Volmer plots of the I0/I and different Fe3+ concentrations

图14 配合物1五次循环的荧光发射强度

Fig.14 Fluorescence emission intensity of complex 1 after five cycles

图15 配合物1浸泡于Fe3+水溶液后的PXRD图谱

Fig.15 PXRD patterns of complex 1 after soaking in Fe3+ solution

图16 配合物1的激发光谱和不同分析物的紫外-可见光谱

Fig.16 Excitation spectrum of complex 1 and UV-Vis spectra of different analytes

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锌基配合物的合成及其对水中Fe³⁺的荧光检测性能探索

Synthesis of Zinc-Based Complex and Exploration of Fluorescence Sensing Performance for Fe³⁺ in Aqueous Solutions

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