新型荧光染料的合成及其在环境监测中的应用研究

发布时间：2020-06-10 02:42

【摘要】：环境污染问题越来越严重,环境中污染物的种类正在被不断的发现,污染物的数量也在不断增加,对环境中污染物分析手段的灵敏度,准确性,特异性及方便性等方面的要求也越来越高。环境中污染物的分析手段有很多种,其中荧光分析法由于其具有灵敏度高、选择性较好等的优点越来越受到了国内外研究者的关注。本论文主要是进行了一系列发光性能优良的可以发长寿命荧光的稀土配合物、普通荧光的萘酰亚胺、葸衍生物及等荧光染料的设计与合成,并进行了在环境中病原微生物、金属离子、微量水等方面的监测应用。所发展的方法都具有高灵敏度,操作方便等优点。主要完成内容如下： (1)提出了一种基于两探针串联的环境中常见病原微生物DNA的监测方法。该模型包括了捕获探针DNA1,识别探针DNA2和目标探针DNA3。合成了几种具有长寿命荧光的稀土三元配合物,并选择发光性能最好的：以噻吩甲酰三氟丙酮(TTA),5-氨基邻菲Up啉(5-NH2-phen)为配体的稀土铕配合物,Eu(TTA)3(5-NH2-phen), (ETN),然后通过修饰连接上免疫球蛋白：ETN-IgG,利用反相微乳液法,制备表面修饰活性基团的核壳型纳米颗粒。这样的纳米颗粒能够十分便利地连接上寡聚核苷酸链以用于时间分辨荧光检测。同时,根据已报道的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌特异性基因片段用软件Primer Premier 5.0设计了实验所需的捕获探针,识别探针和目标探针序列。杂交过程中,先将带氨基的捕获探针DNA1共价固定在普通载玻片上,然后与识别探针DNA2,目标探针DNA3在玻片表面进行杂交。最后,通过检测玻片表面的荧光强度来达到监测病原微生物的目的。这种方法具有选择性好、杂交稳定性好、高灵敏度和杂交时间短等优点,是一种微生物病原体监测的有效方法(第2章)。 (2)在基于发光纳米颗粒的两探针串联的监测模型上,建立了一种直接用长寿命发光单分子为标记物的病原微生物的监测方法。用既带有活性基团又能发长寿命荧光的稀土铕配合物,Eu(TTA)3(5-NH2-phen)直接作为标记物。这种检测方法操作起来更加方便。并且具有杂交时间短,稳定性令人满意,选择性好等优点。(第3章)。 (3)合成了一种新型的硫脲类荧光探针,9-蒽醛缩氨基硫脲(AnthT),并研究了该探针在测定环境样品中痕量Hg(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的应用。通过研究不同金属离子,Na(Ⅰ), Al(Ⅲ), Ba(Ⅱ), Mn(Ⅱ), Co(Ⅱ), Cd(Ⅱ), Ca(Ⅱ), Zn(Ⅱ), Cr(Ⅲ), Fe(Ⅲ), Pb(Ⅱ), Hg(Ⅱ)及Cu(Ⅱ)(相同浓度：5.0×10-5 mol L-1)对AnthT荧光强度的作用,发现只有Hg(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)对AnthT的有显著的荧光猝灭作用。在pH为7.2,激发波长为411 nm的情况下,AnthT在水-乙醇溶液(20/5 v/v)中的荧光强度随着Cu(Ⅱ)或Hg(Ⅱ)浓度的增加慢慢降低。此外,在一定的金属离子浓度范围内该硫脲类染料的荧光强度和金属离子的浓度呈良好的线性关系,对Hg(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)监测的线性范围分别为2×10-6-4×10-5 mol L-1和1×10-7-1×10-5 mol L-1。该传感系统表现出了令人满意的灵敏度,操作方法简便,并且对于Hg(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的检测限低至8.9×10-8 mol L-1和3.3×10-8 mol 1-1。该探针可以用于实际样品中Hg(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)浓度的测定(第4章)。 (4)合成了一种新型的对极性敏感,具有可共聚端基双键、性能优良的荧光载体,N-烯丙基-4-吗啉基-1,8-萘酰亚胺(AMN)。将AMN通过末端双键在紫外光照下共价固定到硅烷化的玻片表面。然后对其进行实验研究,实验结果表明,在激发波长400 nm处,随着水含量的增加,AMN的荧光强度显著降低。在有机溶剂中水含量为0.00%至4.40%之间的时候,AMN的荧光强度和水含量呈现了很好的线性关系。该传感体系表现出了令人满意的重现性,具有灵敏度高,响应速度快等优点。同时,通过共价固定的方法也大大减少了荧光载体的流失,提高了传感器的稳定性。另外,所制备的传感体系对环境体系的pH不敏感,并且具有至少一个月的长使用寿命(第5章)。 (5)合成了又一种对极性敏感的苯并噻吨二羧酸酐衍生物,N-(2-甲基丙烯酰胺)-苯并[k,1]噻吨-3,4-二甲酰亚胺(MBTD),该发光分子也通过末端双键共价固定到玻片表面,用于监测有机溶剂中的水含量。实验考察了不同有机溶剂对荧光载体的影响。结果表明溶剂极性对荧光载体的强度和斯托克斯位移都有着显著的作用。在一定的水含量浓度范围内,荧光强度与浓度呈现了良好的线性关系。该传感器具有响应速度快,重现性好等优点,足以应用于实际样品中微量水含量的测定(第6章)。 (6)在制备各种荧光传感体系的过程中,也合成了一系列新型的荧光物质。在最后一章中,主要介绍了其他一些发光性能良好的荧光物质的合成(第7章)。
【图文】：

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发不同颜色荧光的蛋白，应用到了生物体的表达当中。这三位科学家也因为在绿色荧光蛋白方面的研究获得了2008年的诺贝尔化学奖【’7]。这种绿色荧光蛋白用作生物体的表达就是一种荧光标记的方法，其表达示意图如图1.1所示。荧光标一记的方法的出现来源于放射性标记的思想，但是大家都知道放射性元素的危害，荧光标记法更加安全，方便，也因此广泛地应用于环境监测、药物分析等领域。\/PtomoterMCSGFP/enzyme CIoning&ExPression图1.1绿色荧光蛋白的生物表达示意图.2荧光传感器法荧光传感器法是在一种基于发荧光的敏感膜荧光变化来检测物质的一种分析方法。而制备荧光传感器的一个关键步骤就是将荧光物质固定到固体基质，例如玻片、光纤等表面。 PickupJc等〔’81在文献中综述了目前各种监测葡萄糖的荧光传感器;Liuw等I‘9瑞l备了一种新型的检测四环素的光化学传感器，，该传感器将葱衍生物共价固定到光纤表面，检测结果跟传统的光学检测法检测结果相当，重现性也令人满意。本课题组也制备了一系列将荧光载体固定到普通玻片表面的极性、pH等荧光传感体系[20一231。由于荧光传感器具有灵敏度高，特异性好，以及可以实现远程、实时、连续检测等优点，各种各样的荧光传感器已经应用或正在研究和开发当中[24一28)

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间为10一4一105，由于磷光和长寿命荧光的荧光寿命比普通荧光要长很多的原理，研究者们积极地开发了很多可以长寿命发光的材料，这些荧光材料可以通过时间分辨的方法消除干扰信号，使得监测更加精确。如图1.2所示，普通荧光在100娜之内荧光迅速衰减到接近于O，而长寿命荧光可以通过设定延迟时间的大小，测定400娜之后的荧光强度，那么一些背景干扰荧光就可以去除，使检测结果更加精确。据文献报道[39一42]，高发光量子产率的叶琳、金属叶琳化合物，稀土铺、试等离子鳌合物及含有溟、碘等重原子的大环平面共扼有机化合物等化合物的荧光
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X830

【参考文献】