基于荧光素的逻辑门控探针对重金属以及氟离子的检测研究
发布时间：2021-08-13 19:47
现代工业的发展引起了一系列严重的环境污染问题,其中重金属污染尤为严重,它们随着废气、废水流入到大气、江河、土壤等,最终可能通过食物链进入人体。当人体摄入过量的重金属会使各个机能被损坏最终导致生病甚至死亡。此外,氟离子作为最小的阴离子,非常难被检测,它们的过量摄入也会使人类患病,因此重金属以及氟离子的快速灵敏检测成为目前研究的一个热门。目前,大多数在复杂环境中对分析物的检测需要多个探针同时进行或者探针只能实现一对一检测,而本论文制备的两种以荧光素为荧光团的逻辑门控探针,能够避免以上缺点,以一对多的方式实现对重金属和氟离子的检测,从而为实现阴离子与阳离子的同时检测提供了一种新思路。具体工作内容如下:1.我们设计合成的“AND”逻辑门控1-（3’,6’-双（（叔丁基二苯基甲硅烷基）氧基）-3-氧螺螺（异吲哚啉-1,9’-黄嘌呤）-2-基）-3-苯基硫脲（FPSi）荧光探针在DMSO/H2O（7:3,V/V）溶液中可以实现对Hg2+和F-的快速（3 min）同时检测。我们在荧光素母体上连接了叔丁基二苯基硅基和氨基硫脲分别作为F<...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统荧光探针的响应机理Fig.1-1Theresponsemechanismofthetraditionalfluorescentprobe
西北农林科技大学硕士学位论文4图1-2Jablonski光能耗散图Fig.1-2Jablonskienergydiagram图1-2Jablonski光能耗散图展示了荧光形成的过程（Valeuretal.2012;樊美公2001）。S0是分子的基态，基态是一个分子最稳定的状态，当分子吸收一定能量（光能、热能）时该分子被激发，分子中的电子会从基态跃迁到第一激发单线态、第二激发单线态等不同能级（S1、S2、S3…Sn），处在激发态的分子是非常不稳定的，因此处于激发态的电子会自发返回到基态，返回基态的方式有两种，一种是以发射光的形式释放能量的辐射衰变，一种是以振动弛豫、内转换、系间窜跃、外转换形式释放能量的非辐射衰变。处在激发态的电子首先以内转换及振动驰豫等方式释放部分能量回到第一激发态S1，然后再以辐射衰变的方式释放光子回到基态S0，这时就会产生荧光。因为在能量的释放过程中会有一部分能量通过内转换、振动驰豫的方式被消耗，因此发射波长通常比激发波长长。如果处在激发态的电子通过系间窜跃回到第一激发三重态（T1）然后再以辐射衰变的方式释放光子，此时产生的光称作磷光。1.2.2荧光的两种光谱因为荧光属于光致发光会涉及到两种辐射，所以任意一种具有荧光的化合物都有两种特征光谱即荧光激发光谱和荧光发射光谱。依据荧光光谱中物质发射的荧光强度与分析物浓度之间的线性关系可以对分析物实现定量检测；依据荧光光谱的形状和荧光峰对应的波长的差异可以对物质进行定性分析。1.2.2.1荧光激发光谱将发射波长固定，不断改变被激发物质的激发光的波长，然后记录荧光强度。以激发波长为横坐标，以荧光强度为纵坐标绘制得到的光谱称为荧光激发光谱。由激发光谱可以找到发射荧光强度最大的最大激发波长，最大激发波长代表了分子在此时吸收的能量最大。
西北农林科技大学硕士学位论文6图1-3荧光探针的分子内电荷转移（ICT）响应机理Fig.1-3ThemechanismofICTfluorescentprobe2007年，Chang等人（2007），设计了一种以ICT为机理的荧光探针1和2，他们将1,8-萘酰亚胺上的4-氨基供体进行了修饰，这既影响ICT也会影响荧光的颜色，因为这种取代基更缺乏电子，因此会导致ICT诱导的发射极大值蓝移。他们将4-氨基供体修饰为一个更多的电子吸收氨基甲酸酯基团，可以被H2O2特异性识别并还原成胺，这将为H2O2的比率检测提供一个思路（图1-4）。图1-4荧光探针1,2的结构及响应机理Fig.1-4Thestructureoffluorescentprobe1,2anditsresponsemechanism.1.2.3.2光诱导电子转移（Photo-InducedElectronTransfer,PET）PET荧光探针中，在荧光团与识别基团之间存在光诱导电子转移现象。如图1-5所示，PET探针有两种，第一种是a-PET，另一种是d-PET探针。当分子被光激发后，电子会发生转移。a-PET探针由荧光团、连接基团以及电子供体（充当识别基团）组成，其中电子供体的HOMO能级介于荧光团HOMO与LUMO能级之间，因此电子会从电子供体的HOMO向荧光团的空的HOMO能级转移从而使得荧光团的电子无法从LUMO回到自身的HOMO，因此出现荧光淬灭的现象。当电子供体与分析物结合时，会使其供电子能力下降，会使电子供体的HOMO能级的能量下降，PET过程受阻，此时荧光团的LUMO能级上的电子可以回到自身的HOMO能级，使得荧光恢复。d-PET
【参考文献】：
博士论文
[1]小分子光学探针设计、合成与传感应用[D]. 李银辉.湖南大学 2012
本文编号：3341033
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传统荧光探针的响应机理Fig.1-1Theresponsemechanismofthetraditionalfluorescentprobe
西北农林科技大学硕士学位论文4图1-2Jablonski光能耗散图Fig.1-2Jablonskienergydiagram图1-2Jablonski光能耗散图展示了荧光形成的过程（Valeuretal.2012;樊美公2001）。S0是分子的基态，基态是一个分子最稳定的状态，当分子吸收一定能量（光能、热能）时该分子被激发，分子中的电子会从基态跃迁到第一激发单线态、第二激发单线态等不同能级（S1、S2、S3…Sn），处在激发态的分子是非常不稳定的，因此处于激发态的电子会自发返回到基态，返回基态的方式有两种，一种是以发射光的形式释放能量的辐射衰变，一种是以振动弛豫、内转换、系间窜跃、外转换形式释放能量的非辐射衰变。处在激发态的电子首先以内转换及振动驰豫等方式释放部分能量回到第一激发态S1，然后再以辐射衰变的方式释放光子回到基态S0，这时就会产生荧光。因为在能量的释放过程中会有一部分能量通过内转换、振动驰豫的方式被消耗，因此发射波长通常比激发波长长。如果处在激发态的电子通过系间窜跃回到第一激发三重态（T1）然后再以辐射衰变的方式释放光子，此时产生的光称作磷光。1.2.2荧光的两种光谱因为荧光属于光致发光会涉及到两种辐射，所以任意一种具有荧光的化合物都有两种特征光谱即荧光激发光谱和荧光发射光谱。依据荧光光谱中物质发射的荧光强度与分析物浓度之间的线性关系可以对分析物实现定量检测；依据荧光光谱的形状和荧光峰对应的波长的差异可以对物质进行定性分析。1.2.2.1荧光激发光谱将发射波长固定，不断改变被激发物质的激发光的波长，然后记录荧光强度。以激发波长为横坐标，以荧光强度为纵坐标绘制得到的光谱称为荧光激发光谱。由激发光谱可以找到发射荧光强度最大的最大激发波长，最大激发波长代表了分子在此时吸收的能量最大。
西北农林科技大学硕士学位论文6图1-3荧光探针的分子内电荷转移（ICT）响应机理Fig.1-3ThemechanismofICTfluorescentprobe2007年，Chang等人（2007），设计了一种以ICT为机理的荧光探针1和2，他们将1,8-萘酰亚胺上的4-氨基供体进行了修饰，这既影响ICT也会影响荧光的颜色，因为这种取代基更缺乏电子，因此会导致ICT诱导的发射极大值蓝移。他们将4-氨基供体修饰为一个更多的电子吸收氨基甲酸酯基团，可以被H2O2特异性识别并还原成胺，这将为H2O2的比率检测提供一个思路（图1-4）。图1-4荧光探针1,2的结构及响应机理Fig.1-4Thestructureoffluorescentprobe1,2anditsresponsemechanism.1.2.3.2光诱导电子转移（Photo-InducedElectronTransfer,PET）PET荧光探针中，在荧光团与识别基团之间存在光诱导电子转移现象。如图1-5所示，PET探针有两种，第一种是a-PET，另一种是d-PET探针。当分子被光激发后，电子会发生转移。a-PET探针由荧光团、连接基团以及电子供体（充当识别基团）组成，其中电子供体的HOMO能级介于荧光团HOMO与LUMO能级之间，因此电子会从电子供体的HOMO向荧光团的空的HOMO能级转移从而使得荧光团的电子无法从LUMO回到自身的HOMO，因此出现荧光淬灭的现象。当电子供体与分析物结合时，会使其供电子能力下降，会使电子供体的HOMO能级的能量下降，PET过程受阻，此时荧光团的LUMO能级上的电子可以回到自身的HOMO能级，使得荧光恢复。d-PET
【参考文献】：
博士论文
[1]小分子光学探针设计、合成与传感应用[D]. 李银辉.湖南大学 2012
本文编号：3341033
本文链接：https://www.wllwen.com/shekelunwen/ljx/3341033.html
