实验五附件-甲醛探针及其试纸传感器的制备实验讲义

甲醛探针及其纸质传感器的制备2025.92026/3/61主讲教师：尹军、章丹、段江综合实验目录2026/3/62背景介绍实验目的实验原理实验仪器和药品实验内容注意事项思考题2026/3/63时间安排学生找好试验台面，确定本小组组长，教师介绍要求和评分规则（两人一组，预习报告，实验操作，实验报告，卫生整理），简单介绍本实验的操作流程（两步反应+性质检测），讲解第一步反应机理和原料。8:00-8:308:30-9:00学生按照第一步反应的操作，称量，开好反应。9:00-10:00第一步反应一小时的等待时间，老师继续讲解反应的要求（中间体颜色和重量记录，TLC拍照），第二步反应的操作，以及探针检测甲醛的原理和操作。10:00-11:00学生处理第一步反应的得到的中间体，记录数据，并架好第二步反应。11:00-13:00小组内两名同学轮流吃午饭，实验台前必须始终有一名成员在。13:00-16:30所有学生到达实验室，处理第二步反应产物（拍照记录），并继续完成检测实验。背景介绍2026/3/64组织保存，防腐，皮革鞣制，纺织品制造，生物杀菌剂，胶黏剂等粘合剂、窗帘、地毯、脲醛泡沫绝缘材料、汽车尾气、涂料和胶合板等。室息性剌激性气味的无色气体浓度40%水溶液，俗称福尔马林化学性质活泼，易发生羰基加成、氧化、还原、聚合反应致癌作用：导致癌症、胎儿畸形和妇女不孕症的潜在威胁刺激作用：对中枢神经系统的刺激感受；局部组织的神经源性炎症致敏作用:引起过敏性皮炎、色斑、坏死等用途来源危害甲醛（Formaldehyde）甲醛的用途、释放来源与危害※

甲醛检测与监控具有重要意义2026/3/65背景介绍甲醛检测方法气相色谱法电化学传感器质谱法高效液相色谱法操作流程复杂、样品制备耗时、灵敏度低、仪器昂贵高特异性高灵敏度低侵入性生命系统中的生物分子有力的监测工具快速便捷荧光成像法2026/3/66背景介绍荧光探针（FluorescenceProbe）在紫外-可见-近红外区有特征荧光，并且其荧光性质（激发和发射波长、强度、寿命、偏振等）可随所处环境的性质，如极性、折射率、粘度等改变而灵敏地改变的一类荧光性分子。在各种检测和标记中应用广泛。2026/3/67实验目的掌握甲醛荧光探针的合成方法及反应机理了解甲醛荧光传感器的检测原理及传感机理掌握紫外、荧光分光光度计的原理及操作方法提高自主探究能力，锻炼创新思维2026/3/68实验原理荧光探针的合成(1)(2)亚胺化反应，卤代烃取代反应亚胺化反应（氨基与醛基的缩合反应）2026/3/69实验原理荧光探针识别甲醛原理—光诱导电子转移（PET）—在受到光激发时，电子受体(A)或者电子给体(D)被激发，在电子受体和处于激发态的电子给体之间发生的电子转移效应。与FA反应前，探针化合物几乎无荧光与FA反应后，肼作为甲醛的相互作用位点能与甲醛发生醛亚胺缩合反应生成腙，形成C=N双键抑制PET过程，荧光信号开启2026/3/610实验原理荧光探针识别甲醛原理—光诱导电子转移（PET）在光诱导下，联氨基团裸露氨基上的孤对电子会转移至处于激发态的萘酰亚胺荧光团上，使得激发态荧光分子LUMO轨道上的电子无法正常跃迁回基态，从而导致荧光淬灭。因此，在未检测甲醛分析物之前，传感器化合物几乎无荧光。在与待测物甲醛反应之后，肼作为甲醛的相互作用位点能与甲醛发生醛亚胺缩合反应生成腙，形成C=N双键，轨道能级发生变化，PET过程受到抑制，导致荧光显著增强，从而实现快速检测甲醛的目的。2026/3/611实验仪器和药品4-溴-1,8-萘酐、乙醇胺；85%水合肼；乙醇、甲醇、甲醛、乙醚、二氯甲烷、石油醚、二甲基亚砜等。

实验仪器电子分析天平，磁力搅拌器，电热套，圆底烧瓶，球形冷凝管，烧杯，布氏漏斗，抽滤瓶，循环水真空泵，荧光分光光度计，比色皿，手提式紫外灯，容量瓶、滤纸、薄层层析缸、简易型甲醛检测仪等。

试剂药品2026/3/612实验内容(i)N-羟乙基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的合成于干燥的25mL圆底烧瓶中，加入4-溴-1,8-萘酐（300mg,1.08mmol）、乙醇胺（130mg,2.13mmol）、10mL乙醇和磁子，上接冷凝管和干燥管，回流搅拌反应1h（反应过程中可进行监测）。冷却至室温，得到淡黄色固体，过滤，收集固体并用少量乙醇洗涤，得到N-羟乙基-4-溴-1,8-萘酰亚胺产物固体，干燥备用。可取少量样品溶解于二氯甲烷中，与原料进行TLC对比（展开剂：V石油醚：V乙酸乙酯=3:1）并拍照记录。

甲醛荧光探针的制备反应装置后处理装置2026/3/613实验内容(i)N-羟乙基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的合成（中间体的制备）流程图

甲醛荧光探针的制备130mg，2.13mmol乙醇胺300mg，1.08mmol4-溴-1,8-萘酐10mL乙醇冷却到室温得到淡黄色沉积物过滤，并用乙醇洗涤3-4次N-羟基乙基-4-溴-1,8-萘酰亚胺加热至80℃，回流1h加入磁子，上接冷凝管和干燥管收率~96%80℃,

1h2026/3/614实验内容(i)N-羟乙基-4-溴-1,8-萘酰亚胺的合成-TLC监测要求

甲醛荧光探针的制备用薄层色谱法(TLC)检验中间体的纯度，要求拍照记录。原料4-溴-1,8-萘酐溶剂：乙醇

中间体溶剂：二氯甲烷（DCM）

展开剂：石油醚：乙酸乙酯=3：12.记录中间体的重量，颜色，计算第一步反应的产率。展开前展开后12121：原料2：中间体2026/3/615实验内容(ii)N-羟乙基-4-肼基-1,8-萘酰亚胺的合成于25mL圆底烧瓶中，加入N-羟乙基-4-溴-1,8-萘酰亚胺（160mg，0.5mmol）、85%水合肼（800mg，12.8mmol）、8mL乙醇和磁子，上接冷凝管，搅拌升温回流反应2h（TLC监测，以实际反应完成程度为准）。冷却至室温析出固体，过滤，依次用2mL乙醚、正己烷反复洗涤5~6次，直至固体呈橙黄色颗粒状，即为目标化合物N-羟乙基-4-肼基-1,8-萘酰亚胺（Naph-FA），称量并计算产率。可取少量样品溶解与乙醇中，与标准样品进行TLC对比（展开剂：VDCM：VMeOH=30:1），并拍照记录。

甲醛荧光探针的制备反应装置后处理装置2026/3/616实验内容(ii)N-羟乙基-4-肼基-1,8-萘酰亚胺的合成流程图

甲醛荧光探针的制备加热至80℃，回流2h冷却到室温加入磁子，上接冷凝管和干燥管得到橘黄色沉积物过滤Naph-FA800mg，12.8mmol80%水合肼160mg，0.5mmolN-(2-羟基乙基)-4-溴-1,8-萘酰亚胺8mL乙醇用2mL乙醚、石油醚反复洗涤2~3次90%2026/3/617实验内容(ii)N-羟乙基-4-肼基-1,8-萘酰亚胺的合成-TLC监测要求

甲醛荧光探针的制备用薄层色谱法(TLC)检验中间体的纯度，要求拍照记录。中间体溶剂：二氯甲烷产物Naph-FA：甲醇

展开剂：二氯甲烷：甲醇=30:12.记录最终产物产物Naph-FA的重量，颜色，计算第二步反应的产率。121：中间体2：Naph-FA2026/3/618实验内容用含有1%的二甲亚砜的水溶液配置3mL浓度为10μM的Naph-FA溶液，设置空白对照组，测试并记录其与不同浓度（0、4μM、8μM、10μM、15μM、20μM、30μM）甲醛溶液反应前后荧光吸收光谱与荧光发射光谱的变化，用手提紫外灯测试加入等量甲醛前后荧光的变化并记录拍照。探针溶液中甲醛识别的荧光光谱测试（光谱分析）439nm处出现最大吸收峰。吸光度随甲醛溶液浓度增大整体表现出微弱的升高趋势最大发射波长位于550nm，荧光强度随甲醛浓度的升高而显著增强，显示浓度依赖性Naph-FA对甲醛高度敏感，具有快速响应特性2026/3/619实验内容用含10%的二甲亚砜的乙醇溶液配置10mL浓度为10mM的Naph-FA溶液，取滤纸置于溶液中静置1min，使探针溶液润湿滤纸，均匀浸润后将滤纸取出，吹风机吹干溶剂，得到甲醛荧光探针试纸。

甲醛荧光探针试纸的制备取出晾干溶液配制方法：取xg（0.01×10=0.1mmol）化合物于烧杯中，加入适量二甲亚砜搅拌溶剂，配制10wt%含量的溶液，然后加入乙醇稀释至10mL（若出现化合物析出现象，可适当补加二甲亚砜）。2026/3/620实验内容分别配置10mL浓度为0，10μM，30μM，50μM，100μM，300μM，500μM的甲醛溶液于50mL烧杯中，在40℃下进行密封20min处理，得到不同浓度的稳定甲醛气体氛围，取附着Naph-FA的试纸于前述浓度的甲醛气氛中静置5min（或直接将甲醛溶液滴加到试纸上），在日光灯及手提紫外灯照射下分别拍照记录试纸颜色的变化趋势。

甲醛蒸气的荧光检测（每小组选做一个浓度）甲醛试纸具有快速可视化辨别能力荧光检测比色卡具有潜在应用价值2026/3/621注意事项甲醛毒性较高，实验过程中注意安全防护，避免甲醛蒸气的吸入。甲醛蒸气检测过程中，可在装有甲醛溶液的烧杯中再固定一个干燥的小烧杯，对该装置进行密封处理后，将其放置在磁力加热搅拌器上低温加热20min。随后在杯口密封处打开小口，快速将甲醛试纸放入干燥的小烧杯中，再次密封处理静置5min。结束实验后，撤去实验装置，取出试纸，放入通风橱中10min以保证没有甲醛气体，再进行后续实验。2026/3/622思考题通过1%二甲亚砜的PBS缓冲溶液中的荧光图谱对荧光化合物性质进行分析。Nap