表面活性剂组装体调控的区分识别型单一荧光传感器的构建及其传感应用

发布时间：2020-07-29 20:54

【摘要】：环境污染、疾病传染和食品安全等重大问题与人们生活密切相关,所以备受人们关注。其中,重金属污染日益严重,其毒性较大且难以除去,对人们的健康造成严重威胁。因此,对种类繁多的金属离子的区分识别和高通量检测显得尤为重要。具有交互响应性的荧光传感器阵列,被广泛应用于金属离子的区分识别。两亲性表面活性剂能在水溶液中自组装形成各种聚集体,提供疏水空腔来增溶各种疏水性物质,故其被广泛应用于荧光传感器的制备。此外,表面活性剂组装体对荧光探针分子的光物理性质和传感性能都具有良好的调控作用,因此其在构建荧光传感器中具有多种优势。多单元传感器阵列常常存在样品消耗量大、数据采集复杂、处理过程繁琐等缺点,而发展交互响应性的单一型荧光传感器既能实现区分识别,又能避免上述问题。因此,本论文发展了基于表面活性剂聚集体调控作用的区分识别型单一荧光传感器,用于对金属离子的区分识别和相关实际样品的测定。第一部分工作将具有多波长发射、荧光量子产率高、对微环境敏感的荧光基团芘与金属离子受体二(2-甲基吡啶)胺基团通过柔性连接臂连接,合成了含受体结构的荧光探针。考察了阴离子表面活性剂SDS对其光物理性质的调控作用,构建了具有多发射带的二元荧光传感体系,实现了对13种被测金属离子Mg2+、A13+、Ca2+、Cr3+、Fe3+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+、Ba2+、Hg2+和 Pb2+的多波长交互响应。采集不同波长处的荧光响应信号,可形成针对被测金属离子的指纹识别图谱,通过PCA数据处理实现了对13种金属离子的区分识别。该传感器还可应用于对纯净水和矿泉水的区分,以及对不同品牌矿泉水的区分识别。通过核磁滴定实验、对照化合物传感检测以及时间分辨荧光光谱测试发现,传感体系的交互响应性是由二(2-甲基吡啶)胺基团对金属离子的结合作用和SDS聚集体对探针的光物理性质调控作用的协同效应实现的。第二部分工作是基于第一部分工作的设计思路,即利用分析物受体和表面活性剂调控的协同作用来实现对更多种类金属离子的区分识别和对检测环境更为复杂的样品的实际应用。此工作中,引入与金属离子作用更强且具有多齿金属离子螯合配体的基团作为受体与荧光报告基团芘用柔性连接臂相连,制备新型荧光探针。我们将考察阴离子表面活性剂对其光物理性质的调控作用,选择能使探针产生丰富荧光信号的表面活性剂与探针组装,构建单一荧光传感器,以期实现对更多金属离子的区分识别,并进一步实现其在人体血清以及地表水如河流、湖泊等复杂环境中对金属离子的实际检测。
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.3
【图文】：

示意图,表面活性剂,金属离子,探针

Ａｎ邋ａｒｒａｙ邋ｗｉｔｈ逡逑ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋ｒｅｃｅｐｔｏｒｓ逡逑图１－１邋（ａ）单一分析物传感示意图；（ｂ）多受体的传感阵列示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｉｎｇｌｅ邋ａｎａｌｙｔｅ邋ｓｅｎｓｉｎｇ邋（ａ）；逡逑ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ邋ｓｅｎｓｉｎｇ邋ｕｓｉｎｇ邋ｍｕｌｔｉｐｌｅ邋ｒｅｃｅｐｔｏｒｓ邋（ｂ）逡逑近年来，两亲性表面活性剂由于其特殊的结构和组装行为而被广泛应用于荧逡逑光传感器的构建［２７＿２９］。其分子结构主要具有以下特点：１）分子由亲水基和亲油基逡逑构成，在水溶液中可以自组装形成各种两亲分子聚集体，如胶束、囊泡等。这些逡逑聚集体具有疏水性内腔，可以增溶各种疏水性物质因此，表面活性剂聚集体逡逑可以通过增溶各种疏水性荧光探针来构建荧光传感器，来实现疏水性探针在水溶逡逑液中的传感应用；２）离子型表面活性剂聚集体的表面具有较高的电荷浓度，可以逡逑和带相反电荷的离子型分析物发生静电富集作用［３（）１。因此，离子型表面活性剂聚逡逑集体还可作为荧光传感器的受体，用于检测带有相反电荷的分析物的检测；３）表逡逑面活性剂聚集体的动态平衡结构

示意图,镧系金属离子,指纹,芘衍生物

逦？．ｔｄ？ｗ逦＇，＿＿＿＂邋ｉ“＿ｒ？Ａｗｆｔｎ邋４？ｗｍ４逡逑图１－３邋（ａ）双咪唑攑盐修饰的双芘衍生物ＳＩ、Ｓ２、Ｓ３；邋（ｂ）镧系金属离子诱导ＳＤＳ聚集体逡逑中阳离子双芘荧光探针的荧光变化的示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋（ａ）邋Ｂｉｓｐｙｒｅｎｅ邋ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ邋ＳＩ－Ｓ３邋ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ邋ｔｗｏ邋ｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ邋ｕｎｉｔｓ，邋（ｂ）邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ逡逑ｃａｒｔｏｏｎ邋ｔｏ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅ邋ｔｈｅ邋ｐｏｓｓｉｂｌｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋Ｌｎ３邋ｉｏｎｓ邋ｉｎｄｕｃｉｎｇ邋ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ邋ｖａｒｉａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ逡逑ｃａｔｉｏｎｉｃ邋ｂｉｓｐｙｒｅｎｅ邋ｆｌｕｏｒｏｐｈｏｒｅｓ邋ｉｎ邋ＳＤＳ邋ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ逡逑ｔ邋ｏ邋＊－？逦Ｎｄ逦．邋ｉ？逦逦二逡逑Ｐｒ＂邋Ｉ逦？？0＞邋ｒ，逦。：Ｓ逡逑Ｈｓ：邋ＭｏＭｏｍｃｒ逦Ｌ逦■0？邋＿逦＼邋．１逡逑？”？邋＿｜！0＇ｌｏ？ｏｍｃｒ逦？逦＼Ｊ逡逑ＥｔｒｉｎＫｒ逦ｉ逦４３．逡逑Ｓ２邋Ｅｔｃｉａｒｒ逦Ｕ逦逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦．逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦ｉ逦逡逑ＱｓｊＦ％ｃｌ－，ｒ逦■？■0

镧系金属离子,芘衍生物,双咪唑,爆炸物

逦Ｍ逦。方逡逑图１－４邋（ａ）邋ＳＩ、Ｓ２、Ｓ３的ｍｏｎｏｍｅｒ和ｅｘｃｉｍｅｒ信号对镧系金属离子产生交互响应的指纹识逡逑别图谱；（ｂ）邋ＳＤＳ水溶液中不同浓度镧系金属离子的二维ＰＣＡ区分图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋（ａ）邋Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ邋ｐａｔｔｅｒｎｓ邋ｆｏｒ邋ｌａｎｔｈａｎｉｄｅ邋ｉｏｎｓ邋（５０邋＼ｉＭ）邋ｂｙ邋ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ邋ｌｏｇａｒｉｔｈｍ邋ｄａｔａ邋ｏｆ逡逑ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ邋ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ＳＩ－Ｓ３邋ａｔ邋ｓｅｌｅｃｔｅｄ邋ｍｏｎｏｍｅｒ邋ａｎｄ邋ｅｘｃｉｍｅｒ邋ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ邋ｉｎ邋ＳＤＳ邋ａｑｕｅｏｕｓ逡逑ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋（［ＳＩ］邋＝邋［Ｓ２］邋＝邋［Ｓ３］邋＝邋１．０邋ｊｉＭ；邋［ＳＤＳ］邋＝邋４．０邋ｍＭ；邋Ａｅｘ邋＝邋３４５邋ｎｍ）．邋（ｂ）邋Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋ＰＣＡ逡逑ｓｃｏｒｅ邋ｐｌｏｔ邋ｆｏｒ邋ａｎ邋ａｒｒａｙ邋ｏｆ邋Ｓ１－Ｓ３／ＳＤＳ邋ｓｅｎｓｏｒ邋ｓｙｓｔｅｍｓ邋ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｎｇ邋ｌａｎｔｈａｎｉｄｅ邋ｉｏｎｓ邋ｉｎ邋ａｑｕｅｏｕｓ逡逑ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋ａｔ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ邋（［ＳＩ］邋＝邋［Ｓ２］邋＝邋［Ｓ３］邋＝邋１．０邋［ＳＤＳ］邋＝４．０邋ｍＭ；邋［Ｌｎ３邋］邋＝邋５．０，邋１０，逡逑１５，邋２０，３０，邋ａｎｄ邋４０邋＾ｉＭ）逡逑１．２．２爆炸物分子检测逡逑硝基爆炸物通常用于军事和恐怖主义活动中，例如ＴＮＴ、ＲＤＸ以及ＨＭＸ通逡逑常与一些犯罪活动或未爆地雷的存在指令有直接关系［５２］。因此，对硝基类爆炸物逡逑的检测日益受到关注。大多数硝基类爆炸物是缺电子结构

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