基于半青蓝素和罗丹明类染料光信息变化的汞离子探针研究

论文摘要

超分子化学是一门快速发展的新兴学科。目前,其理论已经延伸应用到众多的交叉学科领域。主-客体化学是超分子化学的核心和基础,一直是研究重点。近年来,重金属造成的环境污染越来越严重,由此,基于超分子识别基础的检测重金属离子的分子荧光探针研究得到了迅速发展。本论文合成了一系列基于半青蓝素和罗丹明6G类染料为荧光报告基团的探针分子（La—Lf）,并利用紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱研究了分子探针对各种金属离子的识别能力,获得了高选择性、高灵敏度的汞离子探针La、Lb、Le和Lf,并探讨了分子识别机理。其主要内容如下:（a）设计合成了半青蓝素类荧光探针（La—Ld）。以紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱为信号探测手段,系统研究了它们对金属离子的化学传感行为。结果表明,具有双取代羟基的La和Lb在乙醇/水溶液（v/v, 1:1）或纯水溶液中都对Hg2+有显著的选择性和较高的灵敏度,检测限分别达到1.0×10-7M和5.0×10-8M,这类探针可以实际应用于工业排放废水中对汞离子的检测监控。加入Hg2+后,La和Lb的光谱变化表现为:1)紫外-可见光谱在540 nm的吸收强度降低,同时在400 nm附近出现新的吸收峰,溶液颜色也由最初的玫瑰红色变为无色;2)荧光光谱发生猝灭效应,并伴随一定的蓝移。由于结构的细微变化,具有双苯基取代的Lc和Ld在乙腈/水溶液（v/v, 1:1）中,只有Ld对Hg2+有明显的紫外吸收选择性。加入Hg2+后,主体Ld的紫外-可见吸收光谱在410 nm处产生一个新的吸收峰,溶液由最初的玫瑰红色变为桔黄色。另外,为探索La—Ld作为实际应用探针的可能,研究了不同pH值条件下Ln和Ln·Hg2+（n = a-d）的光谱变化行为,La·Hg2+、Lb·Hg2+和Ld·Hg2+的光谱对体系pH值的变化不敏感,这对于它们能在生物体系和实际样品中的比色化学传感应用具有重要的意义。（b）合成了以罗丹明6G为发光基团的荧光探针分子Le和Lf,通过紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱研究了它们对各种金属离子的识别性能。结果表明,Le和Lf在乙醇/水溶液（v/v, 1:1）和纯水溶液中都对Hg2+有较好的的选择性和较高的灵敏度,检测限分别达到5.0×10-8M和2.0×10-8M。加入Hg2+后,Le和Lf的光谱变化表现为:1)Le的紫外-可见吸收光谱在529 nm的吸收强度显著增强,荧光光谱产生显著增强效应,溶液的颜色由最初的无色变为玫瑰红色。2)Lf的紫外-可见光谱在533 nm的吸收强度明显增强,荧光光谱产生很大的增强效应,溶液的颜色由最初的无色变为亮粉色。Le和Lf对Hg2+产生荧光开启效应,这有利于它们作为荧光探针在生物标记方面的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 荧光概述
• 1.2.1 荧光探针的性质
• 1.2.2 影响荧光特性的环境因素
• 1.3 常见荧光分子探针的识别原理
• 1.3.1 分子内电荷转移（ICT）
• 1.3.2 光诱导电子转移（PET）
• 1.3.3 荧光共振能量转移（FRET）
• 1.3.4 激基缔合物
• 1.4 常见的荧光团及识别基团
• 1.4.1 常见的荧光团
• 1.4.2 常见的识别基团
• 1.5 汞离子荧光探针研究
• 1.6 本研究工作的主要设计思想
• 第二章 基于半青蓝素的ICT 汞离子荧光分子探针
• 2.1 设计思路
• 2.2 合成路线
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 仪器和试剂
• 2.3.2 中间体及探针分子的合成步骤
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 化学传感器 La～Ld 的离子选择实验所用无机盐
• 2.4.2 La、Lb 在乙醇/水溶液中的离子识别性能研究
• 2.4.3 La、Lb 在乙醇/水溶液中的滴定实验
• 2.4.4 La、Lb 在乙醇/水溶液中的金属离子竞争实验
• 2.4.5 La、Lb 在水溶液中的离子识别性能研究
• 2.4.6 La、Lb 在水溶液中的滴定实验
• 2.4.7 La、Lb 在水溶液中的离子竞争实验
• 2.4.8 La、Lb 的pH 适用范围及对汞离子的检测限和配位数
• 2.4.9 Lc、Ld 的离子识别性能研究
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于罗丹明的汞离子荧光分子探针
• 3.1 设计思路
• 3.2 合成步骤
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 仪器和试剂
• 3.3.2 中间体及探针分子的合成步骤
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 化学传感器 Le、Lf 的离子选择实验
• 3.4.2 Le 乙醇/水溶液中的离子识别性能研究
• 3.4.3 Le 水溶液中的离子识别性能研究
• 3.4.4 Le 的金属离子竞争以及检测限
• 3.4.5 Lf 的乙醇/水溶液中离子识别性能研究
• 3.4.5 Lf 的水溶液中离子识别性能研究
• 3.4.6 Lf 的金属离子竞争以及检测限
• 3.5 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 攻读硕士学位期间参与项目的情况
• 致谢