基于杯芳烴涂膜QCM的超分子識(shí)別機(jī)理及其應(yīng)用研究.pdf

1、涂膜石英晶體微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)傳感器由于靈敏度高和選擇性好已成為工業(yè)有毒氣體和環(huán)境大氣污染物等在線監(jiān)測應(yīng)用方面的一個(gè)重要研究方向。對(duì)氣體分子具有良好識(shí)別性能的涂層材料主要有大環(huán)分子和功能高分子化合物等,其中杯芳烴這種由烷基苯酚與甲醛縮合的寡聚大環(huán)化合物對(duì)客體小分子的高靈敏性和高選擇性識(shí)別已成為超分子識(shí)別領(lǐng)域非常重要的研究熱點(diǎn)之一。
　　 本文采用四種杯芳烴超分子化合物(RCT

2、、MRCT、PCT、TBCA8)為吸附涂層材料,探討了涂膜QCM傳感方法對(duì)微量有害小分子醇?xì)怏w的響應(yīng)性能和識(shí)別機(jī)理研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),RCT是對(duì)甲醇和異丙醇蒸氣識(shí)別最有效的吸附活性涂層材料,MRCT是對(duì)乙醇蒸氣最有效的涂層材料,并優(yōu)化獲得相對(duì)于每種小分子醇?xì)怏w檢測的最佳涂膜量。將該涂膜QCM裝置用于小分子醇?xì)怏w樣品的檢測,均具有良好的靈敏度、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性,且回收率好。與氣相色譜法比較,測定結(jié)果一致,表明該方法可應(yīng)用于環(huán)境大氣中小分子醇?xì)怏w

3、含量的測定。此外,對(duì)超分子主-客體間的識(shí)別動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行了擬合和分析,其中涂膜RCT傳感器對(duì)甲醇?xì)怏w吸附和解吸附的初速度分別為-0.2110 Hz/s和0.09497 Hz/s。通過RCT-MeOH單晶體的制備并對(duì)其進(jìn)行X-ray衍射結(jié)構(gòu)解析,發(fā)現(xiàn)超分子主-客體之間的識(shí)別機(jī)制是基于甲醇分子中的甲基與杯芳烴化合物的苯環(huán)之間形成了C-H…π鍵作用。更一步的研究探討后,認(rèn)為RCT是依靠其分子孔穴內(nèi)四分子的π電子中心結(jié)構(gòu)所形成的大負(fù)電中心π*而

4、作用于甲醇分子中的甲基的。同樣,對(duì)于乙醇和異丙醇分子的識(shí)別機(jī)制也做了探討。同時(shí)認(rèn)為RCT對(duì)異丙醇分子的識(shí)別機(jī)理可能是依靠π*對(duì)C-H的靜電吸引作用;而MRCT對(duì)乙醇分子的識(shí)別,由于乙醇仲碳原子只有兩個(gè)C-H,可能導(dǎo)致杯芳烴MRCT與乙醇分子中羥基之間的氫鍵作用占主導(dǎo)地位,形成強(qiáng)氫鍵作用的主-客體識(shí)別機(jī)制。借助于X-射線單晶體衍射數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)解析,本論文的研究將為新型化學(xué)生物傳感器敏感活性物質(zhì)的選擇和設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo),在超分子傳感識(shí)別領(lǐng)域?qū)?/p>