The new role of dipyrromethene chemosensor for absorbance-ratiometic and fluorescence “turn-on” sensing Zn2+ ions in water-organic solutions and real water samples

化学 吸光度 荧光 检出限 水溶液 水溶液中的金属离子 量子产额 离子 滴定法 肉眼 分析化学(期刊) 螯合作用 光化学 无机化学 物理化学 色谱法 有机化学 物理 量子力学
作者
Natalia A. Bumagina,Alexander A. Ksenofontov,Е. В. Антина,М. Б. Березин
出处
期刊:Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy [Elsevier BV]
卷期号:307: 123663-123663
标识
DOI:10.1016/j.saa.2023.123663
摘要

This study presents a dipyrromethene-based sensitive and selective probe for Zn2+ ions detection in aqueous and water-organic media. The probe demonstrates absorbance-ratiometric and “off-on” fluorescent sensing for Zn2+ in a DMSO/H2O (9:1, v/v) mixture. The 2,2′,3,3′,4,4′-hexamethyl-2,2′-dipyrromethene (HL), similar to its analogs, exhibits weak fluorescence (with a quantum yield of less than 0.001). However, upon the presence of Zn2+ ions in the sensor HL solution, there is a remarkable increase (up to 200-fold) in fluorescence intensity due to the formation of a stable intramolecular chelate complex [ZnL2]. This complex formation induces a significant hyperchromic effect and a red shift (57 nm) in the characteristic absorption bands. The sensing mechanism of the probe towards Zn2+ ions was thoroughly investigated through absorbance and fluorescent titrations, molar ratio plots, 1H NMR, and DFT/TDDFT studies. The fluorescence response exhibited a strong linear relationship with Zn2+ concentration within the range of 0 to 5.7 × 10–6 mol/L. The detection limit (LOD) and limit of quantitation (LoQ) for Zn2+ were determined as 2 × 10–8 mol/L and 6.6 × 10–8 mol/L, respectively. Moreover, the probe demonstrated high selectivity for Zn2+ ions over other metal ions (Na+, Mg2+, Al3+, Cr3+, Mn2+, Fe3+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Pd2+, Cd2+, Hg2+, Pb2+). Test systems in the form of test-strips and cotton-pads were developed based on the dipyrromethene sensor for rapid “naked-eye” detection of zinc ions in water. The sensor was successfully applied for detecting Zn2+ ions in real water samples.
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