钆离子螯合卟啉的室温磷光氧传感性能增强设计与研究

发布时间：2021-04-19 04:16

　　氧在自然界中主要以气态氧和溶解氧的形式广泛存在,对其浓度的精准测量在水产养殖、环境保护、科学研究方面具有重要意义。室温磷光法是基于氧敏感物质在周围环境存在氧分子时会发生磷光猝灭的原理,实现对气态氧和溶解氧浓度的测量。不仅能够测量低氧浓度,同时还具有不消耗待测环境中的氧且信噪比较好,然而不足是存在着光漂白的问题。本文采用稀土钆离子螯合的血卟啉单甲醚、华卟啉钠作为氧探针,钆螯合的卟啉因具有毒副性小、稳定性好、斯托克斯位移较大、磷光寿命较长的特点而被广泛用于氧气测量。然而,钆离子螯合的卟啉在测氧过程的灵敏度较低,如何提高其测氧灵敏度是一大问题。因此,本文开展了钆离子螯合卟啉的室温磷光氧传感性能增强的设计与研究。开展了钆离子螯合卟啉的制备及光学性质表征的研究。利用热溶剂法合成了钆血卟啉单甲醚（Gd-HMME）和钆华卟啉钠（Gd-DVDMS）,简化了钆螯合卟啉的合成过程。利用吸收光谱法对钆卟啉进行了表征,通过对比Gd-HMME、Gd-DVDMS和HMME、DVDMS的吸收光谱图B带与Q带的数量和峰位,证明成功合成了Gd-HMME和Gd-DVDMS;利用荧光光谱法对两种钆卟啉的发光特性进行了研究,... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

卟啉的化学结构示意图

哈尔滨工业大学理学硕士论文-3-图1-2金属M卟啉的化学结构示意图金属卟啉主要是通过取代N-H键中的H元素加以配位，之前卟啉的四个N-H键键长相同，卟啉分子是以一种平面结构的形式存在。然而，配位来的金属离子，由于其离子半径远远大于H元素的半径，金属卟啉分子无法再以平面结构形式而存在，取而代之的是金字塔结构，即金属离子与四个N元素键连构成金字塔的棱边，四个N元素构成金字塔的底部。卟啉由于具有较好的荧光发射及对氧敏感性质被广泛用于生物医学领域，卟啉通过螯合不同种类的金属离子得到的金属卟啉衍生物具有更为优异的光电性能，其在医学领域、能源领域、催化领域等都有着非常重要的应用。1.2.2金属卟啉的性质及应用在化学催化领域，将金属卟啉作为催化剂来实现对某些物质的还原。在电化学析氢过程中[19,20]，利用金属卟啉结合多壁碳纳米管替代传统的铂金属催化剂，在水性介质和非水性介质中金属卟啉表现出良好的析氢性能[21]。全世界都在为解决气候变化纷纷献策，科研工作者提出利用第二配位得到的金属卟啉对二氧化碳进行化学还原，实现对二氧化碳的捕获、转化、存储和利用，推动世界范围内大气二氧化碳水平的降低及低廉的化学燃料的生产[22]。在能源电池领域，金属卟啉可作为太阳能电池的界面材料。利用金属卟啉来改变钙钛矿太阳能电池的光伏性能。同济大学的科研团队将金属卟啉作为3,4-乙烯二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT：PSS）和钙钛矿层之间的中间层，不仅使钙钛矿层的能级更加匹配，而且改善了钙钛矿层的质量,使得太阳能电池在提供高压的同时还能提高工作电流，提高了设备的功率转换效率[23]。在生物医学领域，具有良好光敏性、声敏性及核磁共振性能的金属卟啉被广泛用于疾病的诊断和治疗。光动力疗法是光学与生物医学

丈涞轿镏噬希?庾咏?芰看?莞?镏史肿樱?τ诮系湍芗渡系牡缱?跃迁到较高能级。2S+1常用来表示多重态的电子激发态，S代表电子的总自旋量子数，通常等于0或1。对于卟啉及金属卟啉这类大分子物质，其所有电子均发生了自旋配对，电子的总自旋量子数S为0，所以金属卟啉的基态为单重态S0。分子在吸收能量后，导致一个电子被激发到一个更高能量的轨道，电子跃迁过程中不发生自旋方向的改变，则该电子跃迁到单重激发态；若电子在跃迁过程中发生自旋方向的改变，则出现两个自旋方向相同的电子，此时S=1，电子处于三重激发态T。图1-3金属卟啉分子的辐射和无辐射过程图[26]


本文编号：3146815