新型镉离子荧光传感器的设计、合成及性能研究

论文摘要

荧光化学传感器由于具有选择性好、灵敏度高、方便快捷及成本低廉等优点,近年来引起了科学家的极大兴趣,并被广泛应用于检测各种金属离子。而在镉离子危害日益严重的今天,能够对其进行检测的荧光化学传感器还不多。因此,本论文设计、合成了一种新型的镉离子荧光化学传感器,并对其光物理性能和对镉离子的检测进行了系统的研究,得到了一些有意义的结果。1.设计合成了以氟化硼-芳基二酮为发光团、N,N-二甲吡啶胺（DPA）为接受体、酰胺结构为连接体的荧光化学传感器TM1。它能在HEPES（N-2-羟乙基哌嗪-N’-2-乙磺酸钠盐）缓冲溶液中专一性识别Cd2+离子,荧光增强了约8倍。而其它离子对TM1的荧光影响不大或有不同程度的淬灭。TM1与Cd2+离子是以1:1的方式进行络合,络合后因光诱导电子转移（PET）不能发生从而使荧光团发光增强。2.在TM1的基础上,我们在其对位引入了N,N-二甲基基团,设计合成了TM2,旨在使荧光光谱向可见光方向移动。但是它在HEPES溶液中对Cd2+离子的响应不明显,荧光变化幅度不大。而其他离子的加入会干扰TM2对Cd2+的检测。TM2的荧光光谱发生了红移但是却不能选择性识别Cd2+。3.为了提高量子产率,基于TM1结构,在苯环上引入了OCH2CH2OCH3基团,得到了TM3。它在HEPES溶液中能专一性选择识别Cd2+离子,荧光增强了约5倍。加入Cd2+后的荧光量子产率较高,在对Cd2+离子的络合能力及对Cd2+离子的最低检测浓度等方面都展现了明显的优势。而其他离子的加入对Cd2+离子的影响不大或有不同程度的淬灭。TM3与Cd2+离子也是以1:1的方式进行络合,络合后荧光增强的机理为镉离子和配体的作用阻断光诱导电子转移（PET）的发生。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 第一节 概述
• 第二节 荧光产生的机理
• 1.2.1 荧光
• 1.2.2 荧光产生的必要条件
• 1.2.3 荧光的影响因素
• 第三节 荧光化学传感器
• 1.3.1 荧光化学传感器的基本构造
• 1.3.2 发色体和中继体
• 1.3.3 接受体
• 第四节 荧光化学传感器的识别机理
• 1.4.1 光诱导电子转移（Photoinduced Electron Transfer，PET）
• 1.4.2 分子内电荷转移（Intramolecular Charge Transfer，ICT）
• 1.4.3 激基缔合物（Excimer/Exciplex）
• 第五节 镉离子荧光化学传感器
• 1.5.1 荧光素类
• 1.5.2 Bodipy 衍生物
• 1.5.3 萘酰亚胺类
• 1.5.4 喹啉类
• 1.5.5 菁类
• 1.5.6 蒽、芘类的发光团
• 第六节 本论文的选题背景和设计思路
• 第二章 实验部分
• 第一节 试剂和药品
• 2.1.1 试剂及其处理
• 2.1.2 药品
• 第二节 实验仪器
• 第三节 光谱滴定实验
• 2.3.1 光谱测定所用的化合物溶液的配制
• 2.3.2 镉离子的滴定实验
• 2.3.3 对不同离子的选择性实验
• 2.3.4 溶液酸碱度影响的实验
• 第四节 荧光量子产率的计算
• 第五节 络合常数的计算
• 第六节 最低检测极限浓度的计算
• 第七节 目标化合物的合成和结构表征
• 2.7.1 目标化合物TM1 的合成和结构表征
• 2.7.2 目标化合物TM2 的合成和结构表征
• 2.7.3 目标化合物TM3 的合成和结构表征
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 TM1 的性质研究
• 2+ 的识别'>3.1.1 TM1 对Cd²⁺的识别
• 3.1.2 不同金属离子的选择性
• 3.1.3 溶液酸碱度的影响
• 3.1.4 小结
• 3.2 TM2 的性质研究
• 3.2.1 不同金属离子的选择性
• 3.2.2 溶液酸碱度的影响
• 3.2.3 小结
• 3.3 TM3 的性质研究
• 2+ 的识别'>3.3.1 TM3 对Cd²⁺的识别
• 3.3.2 不同离子的选择性
• 3.3.3 酸碱度的影响
• 3.3.4 小结
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 附录 TM1 TM2 TM3 的核磁和质谱图
• 致谢
• 发表论文情况
• 个人简历