新型卟啉、羅丹明衍生物的設(shè)計(jì)合成及其熒光、電化學(xué)識(shí)別性能研究.pdf

1、熒光分子探針能夠?qū)⒎肿幼R(shí)別的信息轉(zhuǎn)換成能被感知的熒光信號(hào),具有靈敏度高、選擇性好、可用于原位檢測(cè)(熒光成像技術(shù))以及利用光纖進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)等眾多優(yōu)點(diǎn)而成為分析化學(xué)的研究熱點(diǎn)。然而,汞、銅等重會(huì)屬離子對(duì)常見的熒光染料具有較強(qiáng)的淬滅效應(yīng),大多數(shù)已報(bào)道的重金屬離子熒光探針是基于熒光淬滅原理的。熒光淬滅型探針相對(duì)于熒光增強(qiáng)型探針而言,具有背景信號(hào)大,靈敏度較低而不太適合用于生物樣品的檢測(cè)等缺點(diǎn),設(shè)計(jì)合成熒光增強(qiáng)型重金屬離子熒光探針是近年的研究熱

2、點(diǎn)和難點(diǎn)；比率型熒光探針通過記錄兩個(gè)熒光激發(fā)或發(fā)射峰的比值來實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè),具有受環(huán)境因素的影響小,有利于增加響應(yīng)范圍,提高靈敏度等優(yōu)勢(shì);近紅外熒光探針具有背景干擾小,對(duì)生物樣品檢測(cè)無破壞性及強(qiáng)穿透力等優(yōu)點(diǎn)而適合用于生物體系中各種目標(biāo)物的檢測(cè)。作為電化學(xué)傳感器家族的一員,離子選擇性電極具有簡(jiǎn)便、快速、高選擇性等特點(diǎn),因此一直得到分析化學(xué)研究人員的重視。已報(bào)道的離子選擇性電極存在響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、工作濃度范圍窄或者選擇性不高的問題。尋找新型具

3、有高選擇性的識(shí)別載體分子用于提高離子選擇性電極的選擇性、增加靈敏度,縮短響應(yīng)時(shí)間、發(fā)展其應(yīng)用范圍至實(shí)際樣品仍然是一項(xiàng)具有重要意義的研究工作。
　　 針對(duì)上述研究熱點(diǎn),為提高熒光分子探針在靈敏度、選擇性及生物體系應(yīng)用等方面的性能,本論文第一部分以具有相對(duì)長(zhǎng)的激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)的羅丹明、卟啉和花菁類化合物為母體分子,設(shè)計(jì)合成了一系列用于重金屬離子檢測(cè)的新型熒光分子探針。探針的響應(yīng)信號(hào)包括熒光增強(qiáng)、比率型和熒光淬滅。
　　 1.在

4、第2章中,利用羅丹明衍生物螺內(nèi)酰胺開環(huán)可導(dǎo)致顯著的顏色和熒光變化的特性,我們研制了8-喹啉醛硫代羅丹明B腙為載體的熒光分子探針用于汞離子的測(cè)定。該探針分子中含有對(duì)汞離子有強(qiáng)親合性的硫原子以及對(duì)金屬離子有強(qiáng)絡(luò)合作用的亞胺基團(tuán)及喹啉氮原子,可以提高載體分子識(shí)別汞離子的能力,有效地避免了汞離子與熒光分子的自旋軌道耦合而淬滅熒光物質(zhì)的熒光,得到了熒光增強(qiáng)型的汞離子探針。8-喹啉醛硫代羅丹明B腙由硫代羅丹明酰肼和8-喹啉醛在無水乙醇中直接回流,一

5、步得到。它本身無色、無吸收、無熒光;在其溶液中加入汞離子,誘導(dǎo)螺內(nèi)酰胺開環(huán),其熒光和吸收光譜均有顯著增強(qiáng)。經(jīng)過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件,探針分子對(duì)汞離子響應(yīng)的濃度范圍為1.0×10-8M到1.0×10-5M,檢測(cè)下限為8.5×10-9M。探針分子對(duì)汞離子的檢測(cè)是一個(gè)實(shí)時(shí)、可逆的過程,被用于細(xì)胞中汞離子熒光成像研究,得到了令人滿意的結(jié)果。
　　 2.在第3章中,基于第2章同樣的原理,我們研制了基于含甲基吡啶基團(tuán)的羅丹明6G衍生物的熒光增強(qiáng)型分

6、子探針用于銅離子的檢測(cè)。10倍當(dāng)量銅離子的加入使探針的熒光增強(qiáng)了80倍,529 nm處的摩爾吸光系數(shù)也有明顯增強(qiáng),表明該探針對(duì)銅離子有較強(qiáng)的結(jié)合能力,有效避免了銅離子的順磁性對(duì)熒光的強(qiáng)淬滅效應(yīng)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化,得到探針分子對(duì)銅離子的線性響應(yīng)范圍為8.0×10-7M到1.0×10-5M,檢測(cè)下限為3.0×10-7M。探針檢測(cè)銅離子是實(shí)時(shí)、可逆的識(shí)別過程。最重要的是,即使在高濃度下,其它重金屬和過渡金屬也不影響銅離子的檢測(cè),這滿足了生物

7、醫(yī)學(xué)和環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用的選擇性要求。探針被用于水樣中銅離子的直接測(cè)定和細(xì)胞中銅離子的熒光成像研究,均得到了滿意的結(jié)果,進(jìn)一步顯示出其在環(huán)境和生物體系中潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　 3.在第4章中,我們研制了基于卟啉-喹啉苯甲酸酯二元復(fù)合物的比率型熒光分子探針用于水溶液中汞離子的檢測(cè)。該探針以對(duì)汞離子有高選擇性的苯甲酸喹啉酯為識(shí)別基團(tuán),以卟啉為熒光基團(tuán)。汞離子的加入,使得探針分子的熒光發(fā)射在646 nm處減弱,603 nm處增強(qiáng),顯示出比率

8、型熒光探針的特性。探針對(duì)汞離子的響應(yīng)工作濃度范圍為3.0×10-7M到2.0×10-5 M,檢測(cè)下限為2.2×10-8M。在中性條件下(Ph5.0-9.0),探針分子對(duì)汞離子的響應(yīng)幾乎不受Ph值的影響。此外,在金屬陽離子中,除了銅離子與等量的汞離子共存時(shí)能夠輕微淬滅探針分子的熒光外,其它金屬離子都不影響汞離子的檢測(cè)。該探針被成功用于水樣中汞離子的測(cè)定。
　　 4.第2-4章中,選擇的熒光團(tuán)的激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)都是在可見光區(qū),在此光區(qū)

9、能夠破壞活體樣品并受細(xì)胞分子自吸收熒光干擾,靈敏度和選擇性上有待進(jìn)一步提高。而三碳菁染料的激發(fā)和發(fā)射均在近紅外區(qū),具有摩爾吸光系數(shù)大、熒光量子產(chǎn)率高、可用于紅區(qū)測(cè)量、背景干擾小等優(yōu)點(diǎn),是理想的能用于細(xì)胞內(nèi)離子檢測(cè)的識(shí)別分子。在第5章中,研制了基于氨乙基吡啶.三碳菁化合物為載體的近紅外熒光分子探針用于乙腈-水混合介質(zhì)中銅離子的測(cè)定。該探針以對(duì)銅離子有較好配位能力的氨乙基吡啶為識(shí)別基團(tuán),三碳菁為熒光基團(tuán)。我們考察了此探針分子對(duì)銅離子的響應(yīng)特

10、性。結(jié)果表明,銅離子響應(yīng)的線性濃度范圍為4.8×10-7M到1.6×10-4 M,檢測(cè)下限為9.3×10-8M。在中性條件下(Ph6.0-8.0),探針分子對(duì)銅離子的響應(yīng)幾乎不受Ph值的影響。此外,該探針對(duì)銅離子表現(xiàn)出較好的選擇性并被用于水樣中銅離子的測(cè)定,結(jié)果令人滿意。
　　 為提高離子選擇性電極在響應(yīng)速度、靈敏度及選擇性等方面的性能,本論文第二部分設(shè)計(jì)合成了兩類新型卟啉類離子選擇性電極的載體分子,并用于銀離子和鉬酸根離子的檢

11、測(cè),具體內(nèi)容列于下列兩部分中。
　　 5.可咯具有類似于卟啉的18π電子的大環(huán)芳香性結(jié)構(gòu),但又與四吡咯核中有兩個(gè)質(zhì)子的卟啉結(jié)構(gòu)有所不同,可咯的四吡咯核中存在三個(gè)質(zhì)子,這種結(jié)構(gòu)可導(dǎo)致可咯大環(huán)分子發(fā)生扭曲,使得吡咯N原子上的孤對(duì)電子暴露于溶劑的機(jī)會(huì)增加,從而比卟啉更利于與金屬離子的配位,可望加快配位速度。在第6章中,我們研制了基于5,10,15-三(五氟苯基)可咯載體的銀離子選擇性電極。該電極以可咯為電活性物質(zhì),四苯硼鈉為離子添加劑

12、,鄰硝基苯辛醚為增塑劑,聚氯乙烯為電極膜支撐材料。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)四者的質(zhì)量比為3:3:62:32時(shí),電極對(duì)銀離子的響應(yīng)性能最好。該電極響應(yīng)時(shí)間快(＜30秒),在銀離子濃度為5.1×10-6M到1.0×10-1M之間表現(xiàn)出54.8 Mv/dec的近似能斯特斜率特性。該電極對(duì)銀離子響應(yīng)的Ph范圍寬(4.0-8.0),各種常見的一價(jià)、二價(jià)及三價(jià)金屬離子均不影響銀離子的檢測(cè),有效消除了常見銀離子選擇性電極中Hg2+和Cd2+的干擾。

13、該電極被成功用于實(shí)際礦石樣品中銀離子的測(cè)定。
　　 6.雙金屬卟啉一個(gè)分子中含有兩個(gè)中心金屬離子,可與兩個(gè)識(shí)別客體配位,同時(shí)單金屬卟啉的親脂性比μ-氧-橋聯(lián)金屬卟啉二聚體要差很多,所以含有雙金屬卟啉載體電極的響應(yīng)性能無論從工作濃度范圍還是斜率都要比單金屬卟啉載體電極的響應(yīng)性能要好一些。在第7章中,我們研制了基于μ-氧-雙錳金屬卟啉的鉬酸根離子選擇性電極。該電極以μ-氧.雙錳會(huì)屬卟啉為電活性物質(zhì),鄰硝基苯辛醚為增塑劑,以聚氯乙烯為