金属离子荧光探针的研究及新型聚集荧光增强分子的发现

论文摘要

首先,本文设计合成了若干种新型罗丹明酰胺衍生物,实现了对水溶液中六价铬离子、二价铜离子和三价铁离子的荧光增强型分析检测,研究了罗丹明酰胺衍生物分子探针与金属离子作用的机理和性质。通过晶体结构分析,提供了该类化合物分子结构中罗丹明环内酰胺环存在的直接证据;通过核磁共振波谱分析,阐明了罗丹明酰胺衍生物的环内酰胺环“开-关”转换是探针对金属离子产生荧光增强型响应的根本原因。这些分子探针响应金属离子的方式可分为两类:金属离子诱导反应型和金属离子络合型。前者指分子探针与金属离子发生化学反应后产生光谱性质不同于分子探针的产物,从而在体系中加入金属离子后产生光谱信号变化;后者指分子探针通过作为配体与金属离子形成了光谱性质不同于分子探针本身的络合物,从而对金属离子产生相应的光谱信号变化。其优点为信号增强显著,受常见背景干扰小。在酸性水溶液中,罗丹明B酰肼对六价铬离子的检测限达0.3 ppb;在乙醇和水混合缓冲溶液体系中,罗丹明6G酰肼水杨醛希弗碱对二价铜离子的检测限达10 nM;在中性缓冲水溶液中,二罗丹明B酰二乙三胺能对不低于10?5 M浓度级别的三价铁离子实现分析检测。上述三种检测方法均能够在室温下半小时内完成,且对水溶液中可能存在的其他常见金属离子有较强的抗干扰能力。此外,本文应用前两种方法,成功的对饮用水和河水水样中六价铬离子和二价铜离子进行了分析检测。其次,本文发现了一类基于N-N单键旋转的新型聚集荧光增强型分子,得到了该类分子中具有代表性的二水杨醛缩肼希弗碱的晶体结构,详细研究了其在不良溶剂（聚集状态）、良溶剂（均一溶液）和固体状态下的发光行为,利用该类化合物的原位生成所产生的显著荧光增强特性,以相应的水杨醛衍生物作为试剂,成功实现了对水溶液中肼浓度的高灵敏度、高选择性分析检测。这类新型聚集荧光增强型化合物的优点是合成简单,成本低廉,在光学传感器、发光二极管及相关器件等研制领域具有潜在的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 金属离子识别的意义和方法简介
• 1.2 荧光分子探针概述
• 1.3 荧光分子探针用于金属离子识别的研究现状
• 1.3.1 按照金属离子与荧光探针分子相互作用的机制分类
• 1.3.2 按照荧光变化机制分类
• 1.3.3 按照探针结构和组成分类
• 1.4 罗丹明类有机小分子荧光探针
• 1.5 聚集荧光增强分子简介
• 1.6 本论文研究目标和方案简述
• 1.7 本论文研究内容简述
• 1.8 本论文的创新点
• 第2章 对水溶液中六价铬离子具有选择性识别功能的罗丹明B 酰肼荧光分子探针
• 2.1 本章引论
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 仪器
• 2.2.3 罗丹明 B 酰肼的合成
• 2.2.4 测定六价铬离子浓度的操作方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 罗丹明 B 酰肼与六价铬离子反应前后的荧光光谱性质及反应机理
• 2.3.2 利用罗丹明B 酰肼分析测定六价铬离子的最优化条件探索
• 2.3.3 干扰离子对六价铬离子分析检测的影响
• 2.3.4 罗丹明 B 酰肼用于水样中六价铬离子定量分析的工作曲线
• 2.3.5 实际样品分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 对铜离子具有选择性识别功能的罗丹明酰肼希弗碱分子探针
• 3.1 本章引论
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 仪器
• 3.2.3 罗丹明酰胺衍生物的合成
• 3.2.4 测定样品中铜离子浓度的操作方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 罗丹明酰胺希夫碱类代表化合物的晶体结构
• 3.3.2 罗丹明 B/6G 酰胺希夫碱类化合物与铜离子的络合作用与其分子结构的关系
• 3.3.3 基于金属离子络合机理的铜离子分子探针——罗丹明B 酰肼水杨醛希弗碱
• 3.3.4 基于金属离子络合机理的铜离子分子探针——罗丹明6G 酰肼水杨醛希弗碱
• 3.3.5 基于金属离子诱导反应机理的铜离子双波长比率型荧光分子探针——罗丹明B 酰肼4-N,N-二乙胺基苯甲醛希弗碱
• 3.4 本章小结
• 第4章 对三价铁离子具有选择性识别功能的二罗丹明B 酰二乙三胺荧光分子探针
• 4.1 本章引论
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 仪器
• 4.2.3 二罗丹明B 酰二乙三胺的合成
• 4.2.4 测定样品中铁离子浓度的操作方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 二罗丹明B 酰二乙三胺的光谱性质
• 4.3.2 二罗丹明B 酰二乙三胺与溶液中各种金属离子的作用及光谱响应
• 4.3.3 二罗丹明B 酰二乙三胺与铁离子的相互作用及光谱响应
• 4.4 本章小结
• 第5章 新型聚集荧光增强分子的发现及其对水溶液中肼的浓度测定
• 5.1 本章引论
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 试剂
• 5.2.2 仪器
• 5.2.3 二水杨醛缩肼衍生物和对比化合物的合成
• 5.2.4 测定水溶液中肼浓度的操作方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 二水杨醛缩肼的晶体结构
• 5.3.2 二水杨醛缩肼衍生物的聚集荧光增强性能研究
• 5.3.3 二水杨醛缩肼衍生物的原位生成用于水溶液肼浓度的分析检测
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果