（分析化学专业论文）胆酸盐介导的抗氧猝灭—室温磷光动力学行为研究.pdf

摘要 摘要 第一章：简述了环糊精和胆酸盐诱导的室温磷光分析法的历史和发展现 状，并简单介绍了两种不同的胶束体系诱导室温磷光的特点，着重对我 们课题组内近年来在这两个方面的研究成果进行了简要总结。 第二章：二羟基胆酸盐在水溶液中独特的聚集模式为在脱氧胆酸钠 ( n a d c ) 中进行非除氧室温磷光测定提供了适宜的微环境。目前，胆酸 盐中的磷光发射机理还不是很明确，本实验旨在通过研究3 溴喹啉 ( 3 - b r q ) 在脱氧胆酸钠水溶液中的动力学猝灭行为来作出合理的阐释。 c u 2 + 和n 0 2 均对3 - b r q 的磷光具有显著的猝灭作用，本文计算了两种离 子在胆酸盐胶束聚集体中的猝灭速率常数，对于铜离子，当浓度为 1 0 x 1 0 - 6 _ 6 0 x 1 0 6 m 时，尼2 “为 1 7 7 x 1 0 。7m 。1 s ；当浓度为 6 0 x 1 0 - 6 _ 1 5 1 0 m ，瑶“为4 6 6 x 1 0 6m os 。对于亚硝酸根离子，当浓 度为1 0 x 1 0 - 58 0 1 0 m ，k v o ；为1 6 2 x 1 0 6m ds ；当浓度为 8 0 1 0 1 5 1 0 m ，为6 3 3 x 1 0 6m os 。而一个标准大气压下，对 于n a d c 溶液中溶解氧，硪为4 1 5 1 0 4 m 1s ，并且根据所建立的动态 猝灭方程式计算了两种猝灭离子进、出胆酸盐胶束聚集体的速率常数分 另u 为1 0 2 s 。和1 0 6 ms 。 第三章：非除氧条件下，9 一溴代菲( 9 - b r p ) 在二羟基胆酸盐n a d c 、n a c d c ( s o d i u mc h e n o d e o x y c h o l a t e ) 和n a t d c ( s o d i u mu r s o d e o x y c h o l a t e ) 水溶液中 均能发射强的室温磷光，其磷光最大激发和发射波长分别为 丑瓦= 2 5 5 n m 5 2 7 n m 。向9 溴代菲的n a d c 水溶液中加入c u ”和n 0 2 。， 结果表明二者均对9 溴代菲有明显的猝灭作用，实验得到猝灭常数女篇 为1 0 5 m 1s 。，t 2 “为10 0 m 以s 。采用向n a d c 溶液中通氮气或者加入 n a 2 s 0 3 的方法，可以除去n a d c 9 b r p 所形成的三明治结构中的残留氧， 这对n a d c 抗氧能力的测试起到一定的支持作用。 胆酸盐介导的抗氧猝灭室温磷光动力学行为研究 第四章：在脱氧胆酸钠水溶液中，1 溴一2 。甲基萘( b m n ) 在非除氧条件 下，发射强的室温磷光，其磷光最大激发和发射波长分别为 气五。= 2 8 7 n m 5 3 5 n m 。c u 2 + 和n 0 2 均对b m n 的磷光具有显著的猝灭作 用，其中猝灭常数竽j , j 1 0 4 m s ，碥2 + 为1 0 6 m s 。溶液温度和数 小时的放置时间对n a d c 中b m n 的磷光强度几乎没有影响。 关键词：非除氧室温磷光；脱氧胆酸钠；猝灭；聚集体；动力学 第五章：中性p h 条件下，在1 3 环糊精( p c d ) 水溶液中n 一溴代萘亚氨 基乙二酸( b n i a ) 的紫外吸收光谱表现出萘基典型的吸收带，即位于 2 3 2 n m 的1 b b 带和位于2 8 6 n m 的1 l 。带。p b 2 + 离子与b n i a 配位后，引起 b b 带显著的减色效应，并使1 l 。带红移，在2 6 8 n m 和3 0 2 r i m 处出现两个 等吸收点。而其它金属离子没有影响。据此建立了选择性的p b 2 十离子传 感器，线性范围为1 0 l o 1 o 1 0 m o l l ( r z = 0 9 9 3 7 ) ，检出限为 1 0 】0 】0 l o 一5 m o l i ，。 关键词：n 一溴代萘亚氨基乙二酸；重金属离子；3 - 环糊精；p h ；电子吸 收光谱 第六章：红外图谱显示，多壁碳纳米管( m w c n t ) 与6 9 浓硝酸和9 8 浓硫酸混酸通过1 0 0 * c 水热反应得到羧基化的m w c n t 。t e m 照片显示 反应为3 小时时，纳米碳管几乎被剪切。稀释反应所得上层清液在 v e t o = 5 1 2 r i m 处得到m w c n t 水溶液的荧光光谱。 关键词：碳纳米管；水热反应；修饰；表征；荧光光谱 s t u d y o n k i n e t i c b e h a v i o r o f a n t i - o x y g e n q u e n c h i n g r o o m t e m p e r a t u r e p h o s p h o r e s c e n c eb y b i l es a l t s a b s t r a c t c h a p t e r1 ：h i s t o r ya n dp r e s e n t s t a t u so fr o o mt e m p e r a t u r ep h o s p h o r e s c e ( r t p ) s p e c t r o s c o p yi n c do rn a d cs y s t e m sa r e b r i e f l yi n t r o d u c e d ， r e s p e c t i v e l y ，a n do u r r e c e n te x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ea l s os u m m a r i z e dt og i v e an e wi n s i g h to nn o n - d e o x y g e n a t e dr t pi n d u c e db ys o d i u md e o x y c h o l a t eo r c y c l o d e x t r i n c h a p t e r2 ：o w i n gt o t h eu n i q u ea g g r e g a t em o d e li na q u e o u ss o l u t i o n ， d i h y d r o x y b i l es a l tc a np r o v i d ep h o s p h o r e s c e n tp r o b ew i t has p e c i a l m i c r o e n v i r o n m e n ti nw h i c ht h ep h o s p h o r e s c e n tm e a s u r e m e n tc a nb er e a l i z e d w i t h o u td e o x y g e n a t e d h o w e v e r , a sf o rt h ea c c u r a t em e c h a n i s mo ft h i sk i n d o fa n t i o x y g e nq u e n c h i n gp h o s p h o r e s c e n to fb i l es a l t ，i ti sn o tv e r yc l e a r t h e a i mt ot h i s p r e s e n tw o r ki s t oo f f e rw i t hp o s s i b l em o r ei n s i g h t s b y i n v e s t i g a t i n gt h ep a r t i c u l a rk i n e t i cb e h a v i o r so f3 - b r o m o q u i n o l i n e ( 3 - b r q ) a s p r o b ei ns o d i u md e o x y c h o l a t ea g g r e g a t eb a s e do np h o s p h o r e s c e n tq u e n c h i n g m e t h o d o l o g y a st h ef u n c t i o n so fq u e n c h e rc u ”a n dn 0 2 s ，t h er a t ec o n s t a n t s o f3 - b r qi nv a r i o u sp h o t o p h y s i c a lp r o c e s s e sw e r eo b t a i n e d i ns o d i u m d e o x y c h l o r a t ef n a d c ) s o l u t i o na n df u l la q u e o u ss o l u t i o n i nn a d cs o l u t i o n ， t h eq u e n c h i n gr a t ec o n s t a n t q ( f o rc u 2 + ) e q u a l st o1 7 7 1 0 7m s + f o r c u d r i ci o no f1 0 x 1 0 6 6 0 x 1 0 。6 ma n d4 6 6 x 1 0 6m 。1s 。1 f o r c u p r i ci o no f 6 0 x 1 0 - 6 1 5 x 1 0 m ；k m q ( f o rn 0 2 ) 1 6 2 x 1 0 6m 1 s 1f o rn i t r i t ei o no f 1 0 ) ( 1 0 一8 0 x 1 0 。5 ma n d6 3 3 x 1 0 6m 1s 。1f o rn i t r i t ei o no f 8 o x l 0 - 51 5 1 0 。4 m t h eq u e n c h i n gr a t ec o n s t a n tk m q ( f o r0 2 ) o fd i s s o l v e do x y g e ni se s t i m a t e d a s4 1 5 x 1 0 4m 。1s i na i rs a t u r a t e dn a d cs o l u t i o na t1a r m t h ee x i tr a t e 豇 a n de m r a n c er a t e 缸w e r ed e t e r m i n e dt ob e 10 2s 1a n d10 6 s l e v e l ， r e s p e c t i v e l y c h a p t e r3 ：d i h y d r o x yb i l es a l t s ，e g ，n a d c 、n a c d ca n dn a u d c s o l u t i o n c o u l di n d u c e9 - b r o m o q u i n o l i n et oe m i ts t r o n ga n t i o x y g e np h o s p h o r e s c e n c e a st h ef u n c t i o n so fq u e n c h e rc u 2 + a n dn 0 2 。i nn a d cs o l u t i o nt h eq u e n c h i n g a b s t r a c t r a t ec o n s t a n t ( f o rc u 2 + ) a n d ( f o rn o 2 ) e q u a lt o10 8m 1 。s 1 a n dl0 5m 。1 s l e v e l s ，r e s p e c t i v e l y w i t hn i t r o g e n p u r g i n go ra d d i n gs o d i u ms u l l = j t e s o l u t i o n ，w h i c h c o u l dr e m o v et h ed i s s o l v e d o x y g e n i n n a d c p r o b e s a n d w i c h e ds t r u c t u r e ，t h e s er e s u l to f f e rs u p p o r tt ot e s ta n t i o x y g e na b i l i t yo f n a d c c h a p t e r4 ：u s i n gs o d i u md e o x y c h o l a t ea s ap r o t e c t i v em e d i u m c u 弘a n d n 0 2 。a r er e a l i z e dt h r o u g hd y n a m i cp h o s p h o r e s c e n c e q u e n c h i n g o f 1 - b r o m o 一2 一m e t h y l n a p h t h a l e n e ( b m n ) w i t h o u td e o x y g e n a t i o n a s t h e f u n c t i o n so fq u e n c h e rc u 2 + a n dn 0 2 。，i nn a d cs o l u t i o nt h eq u e n c h i n gr a t e c o n s t a n t 岛。q ( f o rc u 2 , ) a n dk m q ( f o rn o 2 ) e q u a lt o 1 0 6 m 。1s 。a n d1 0 4m s 。 l e v e l s ，r e s p e c t i v e l y b l o c kt e m p e r a t u r ea n ds t a n d i n gt i m eh a v e n os i g n i f i c a n t e f f i e c to nt h er t po fb m ni nn a d cs o l u t i o n k e y w o r d s ：r t p ；n a d c ；a g g r e g a t e s ；q u e n c h i n g ；k i n e t i c c h a p t e r5 ：a tn e u t r a lp h ，a b s o r p t i o nb a n d so fb r o m o n a p h t h y li m i n o d i a c e t i c a c i d ( b n i a ) w e r eo b s e r v e da t2 3 2 n r n ( b bb a n d ) a n d2 8 6 n m ( l 。b a n d ) i n 3 - c y c l o d e x t r i na q u e o u ss o l u t i o n ，d i s p l a y i n gt h et y p i c a la b s o r p t i o ns p e c t r u m o fn a p h t h a l e n e t h ec o m p l e x a t i o no fb n i aw i t hp b ”r e s u l t e di nn o t a b l e h y p o c h r o m i c e f f e c t o f b bb a n da n db a t h o c h r o m i c s h i f to f 1 l ab a n d a c c o m p a n y i n gt h ei s o b e s t i cp o i n t sa t2 6 8 n ma n d3 0 2 n m o t h e rm e t a l sh a dr i o s i g n i f i c a n ti n f l u e n c e b a s e do nt h eh y p o c t u o m i ce f f e c t t h es e l e c t i v ep b ” s e n s o ri sc o n s t r u c t e da n dl i n e a rr a n g ei s1 0 10 一一1 0 10 m o l l t h e1 i m i to f d e t e c t i o no f p b z + i s1 o 10 m o l l k e y w o r d s ：b n i a ；l e a d ；u l t r a v i o l e ta b s o r p t i o ns p e c t r u m ；1 3 - c d c h a p t e r6 ：t h ec h a r a c t e r i s t i c so fa c i d t r e a t e dm u l t i w a l lc a r b o nn a n o t u b e ( m w c n t ) a n dl u m i n e s c e n c ea r es h o w ni nd e t a i l a c c o r d i n gt ot h et h e o r i e s a n de x p e r i m e n t a ls t u d i e s ，w ee x p e c tt h a tm o d i f i e d - m w c n t sc a nb eu s e dt o p r e p a r en e wt y p ec h e m i c a ls e n s o r s k e y w o r d s ：m w c n t s ；f l u o r e s c e n c es p e c t r u m ；c h a r a c t e r i s t i c s 主要缩略与词表 主要缩略与词表 缩写中文名称 i p c d n a d c n a t c n a c d c n a u d c c n t m w c n t 3 - b r q 9 一b r p b m n 室温磷光 环糊精 脱氧胆酸钠 牛磺胆酸钠 脱氧鹅胆酸钠 脱氧熊胆酸钠 碳纳米管 多壁碳纳米管 3 溴喹啉 9 溴代菲 1 溴2 一甲基萘 b n i an 。溴代萘亚氨基乙二酸 主要缩略与词表 a b b r e v i a t i o n a b b r e v i a t i o nn a m e r t p c d n a d c n a t c n a c d c n a u d c c n t m w c n t 3 - b r q 9 b r p b m n b n i a r o o mt e m p e r a t u r ep h o s p h o r e s c e n c e c y c l o d e x t r i n s o d i u md e o x y c h o l a t e s o d i u mt a u r o c h o l a t e s o d i u mc h e n o d e o x y c h o l a t e s o d i u mu r s o d e o x y c h o l a t e c a r b o nn a n o m b e m u l t i w a l lc a r b o nn a n o t u b e 3 - b r o m o q u i n o l i n e 9 - b r o m o p h e n a n t h r e n e 1 - b r o m o - - 2 - m e t h y l n a p h t h a l e n e b r o m o n a p h t h y li m i n o d i a c e t i ca c i d 第一章室温磷光研究简述 第一章室温磷光研究简述 1 1 室温磷光的发展 磷光是激发态分子由激发三线态跃迁至基态而产生的一种光辐射现象。 十九世纪末，先后有人报导了有机染料在固态溶液或凝胶中的磷光发射，但对 磷光的产生机理并不清楚。磷光的发射在“磷光是最低激发三重态和单重态之间的 辐射跃迁”这个观点提出之后，才得到较好地解释。后来出现的电子自旋共振法为 磷光的起因提供了确证【l j 。 由于磷光具有相当长的寿命( 约f 0 4 1 0 1 s ) ，因此激发态的非辐射过程更加显著， 通常能够与溶剂分子或分子氧等发生碰撞失活，即磷光的猝灭。为了最大限度抑制 三线态的非辐射失活，最初的磷光分析工作是在低温的刚性环境中进行的，即低温 磷光( l t p ) 。但由于l t p 需要深冷设备，操作不方便，溶剂的选择也受到了限制，这 无疑阻滞了低温磷光的发展。室温下吸附在滤纸上的离子或极性芳烃能发射磷光又 为磷光的发展开辟了崭新的道路。随后，室温磷光法的发展逐渐步入正轨1 2 , 3 。 近十多年来，室温磷光( r t p ) 的研究引起了人们的普遍重视，先后建立了固体基 质室温磷光法( s s r t p ) 、环糊精诱导室温磷光法( c d r t p ) 、胶束增稳室温磷光法 ( m s r t p ) 、微乳增稳磷光法( m e r t p ) 、敏化猝灭室温磷光法以及用重原子作为微扰 剂，通过化学除氧来观察磷光等不同的分析方法。 1 2 室温磷光法的特点 流体室温磷光的获得，传统地认为重原子微扰剂、有序介质、彻底除氧三个条 件必须同时具备，缺一不可。但是越来越多的研究表明：这三个条件不一定必须同 时具备，实际上只满足下面两个条件的任意一个就可能产生室温磷光： ( 1 ) 重原子微扰剂存在下完全除氧，不需要任何有序介质，由此产生了无保护介 质室温磷光或称之为重原子诱导室温磷光( h e e r t p ) ；萘衍生物只在重原子微扰下便 有磷光发射，可用于水相中测定多环芳烃，被命名为重原子诱导室温磷光。 ( 2 ) 微环境充分刚性化，阻止磷光体的自由运动，避免溶解氧与磷光体的有效碰 撞，由此产生抗氧猝灭室温磷光或叫做非除氧室温磷光。 室温磷光法具备以下一些独特优势： 胆酸盐介导的抗氧猝灭室温磷光动力学行为研究 ( 1 ) 无需价高繁琐的冷却装备，操作简便，能胜任常规痕量分析，便于自动化。 ( 2 ) 灵敏度高，比一般光度法高出2 个数量级。 ( 3 ) 分析线性范围宽，一般可达2 - 4 个数量级。 ( 4 ) 检测限低，直角测量决定了磷光受杂散光等干扰小，可达纳克到皮克级次。 ( 5 ) 选择性好。磷光发射谱通常位于红区，即有更大的s t o k e s 位移，与激发谱 重叠较少，可避免激发光干扰，自吸现象也较弱；荧光受重原子猝灭显著，而磷光 可被选择性增强：另外基质或有序组合体对磷光发射也有强的选择性。 第一部分环糊精介导的室温磷光 1 3 环糊精介导的室温磷光 1 3 1 环糊精分子结构特点 环糊精( c y c l o d e x t r i n ，简称c d ) 是淀粉在环糊精葡萄糖基转移酶( c g t ) 作 用下，水解产物的一组低聚糖，首次发现于1 8 9 1 年【4 o 通常含有6 - - 1 2 个吡喃糖单 元，糖基数目常用希腊字母表示，较常见的三种c d 是a 、p 、7 - c d ，其中以d ，c d 最 为普遍应用，图1 1 为1 3 一c d 的结构及环糊精质子位置示意图。表1 1 列出了三中c d 的各种重要的物理常数。它们分别含有6 、7 、8 个葡萄糖单元，通过1 ，4 糖苷键连 接而成，呈去顶的圆锥形结构，内疏水，外亲水。正是c d 这种“内疏水，外亲水” 的特殊的分子结构使c d 能作为“宿主”，包络不同的“客体”化合物，由此而形成 主客体分子化学超分子化学的一个重要部分。基于主客体选择性超分子作用，在 医药工业，环境保护，食品工业，化学分析与分离等领域都有重要的应用。 图i 11 3 - c d 的结构及环糊精质子位置示意图 f i g u r e1 1 s t r u c t u r eo f1 3 - c da n ds c h e m eo fp r o t o n sl o c a t i o no f1 3 - c d 第一章室温磷光研究简述 表11 三种c d 的重要物理参数 t a b l e1 1i m p o r t a n tp h y s i c a lp a r a m e t e r s o f t h r e ec d s c d 与客体分子形成包配物( i n c l u s i o nc o m p l e x ) 或叫主客体复合物( h o s t g u e s t c o m p l e x ) 主要靠主体( c d ) 和客体( 被包结物) 之间的疏水亲脂作用、空间匹配效 应、氢键、范德华力以及释放高能水和大分子环的张力能等而形成。c d 的空腔可同 时包配几种分子，使分子更加接近，提高分子的相互作用；c d 是外亲水的，通过包 络作用对分子起增溶效果；物质被c d 包络后，在空腔内受到保护，受外界条件( 如 光、热、氧化、碰撞等) 影响变小。如果包络的为发光分子，则可提高发光物质的发 光量子产率和发光强度。因此，在分析化学中，c d 与表面活性剂相似，具有增溶、 增敏、增稳作用。 1 3 ，2 环糊糟介导的室温磷光 基于环糊精对客体分子的包配作用，1 9 8 4 年，c l i n el o v e 5 l 等建立了具有分析意 义的环糊精诱导室温磷光法。国内刘长松等最早开始研究环糊精诱导室温磷光的工 作 。 1 3 2 1 除氧作用 c d 介导的r t p 分析方法中，氧气被公认是主要的猝灭剂之一，因此如何避免 氧气对发光体的猝灭成为众多科研工作者所感兴趣的内容之一。 胆酸盐介导的抗氧猝灭室温磷光动力学行为研究 f 1 ) 无机盐氧化还原系统。亚硫酸钠是常用的除氧剂。利用亚硫酸钠除氧需要控 制p h 在近中性的条件，以缩短除氧时间。魏雁声 8 】首次将n a 2 s 0 3 化学除氧用于 c d ，r t p ，建立了以k i 或t 1 2 s 0 4 无机盐作为重原子微扰剂，测定p 一溴代萘，但当时 此法仅用于含内重原子化合物的测定。 但) 直接向溶液中通入氩气、氮气等惰性气体。利用气体除氧方法可以使残留溶 解氧浓度不高于6 1 0 一m o l l 。 m u n o zd el ap e n a 9 , t 0 1 等比较了三种除氧方法的特点，即通氮除氧、n a 2 s 0 3 化学 除氧和前两种方法相结合。在所研究的条件下，同时加入n a ：s 0 3 和通入氮气除氧效 果最好。 谢剑炜等“，1 2 】用发光光谱，磷光寿命和荧光偏振等实验手段，证实了0 c d 环己 烷a 一溴代萘包配物的形成，测定了三元包配物的表观形成常数，认为环己烷立体结 构有利于形成紧密的三元包配物，有效清除空腔内的氧分子，使之在不除氧的条件 下，诱导溴代萘产生增强的r t p 。 l i x u a nm u 旧等系统地研究了少量有机溶剂对一系列含溴磷光体：溴代萘、1 溴2 一甲基萘、1 溴4 ，甲基萘和6 一溴一2 一萘硫酸钾的环糊精诱导室温磷光的影响。直接 用这些特定的有机溶剂来配备储备液，在实验的处理过程中，无需蒸干溶剂，大大 的简化了操作，比以往蒸干溶剂方法信号重复性要好。研究发现，微量有机溶剂对 体系的室温磷光信号有不同的增强作用，具有显著增强作用的溶剂可以分为三组， 环己烷；二氯甲烷、l ，2 二氯乙烷和氯仿；四氢呋喃。其增强的顺序为：环己烷 - - 氯甲烷 l ，2 二氯乙烷 氯仿 四氢呋喃。四氢呋哺的增强作用、以及乙酸乙酯和乙腈 对0 1 溴代萘r t p 的增强作用是出乎意料的，在此之前无人报道过。四氢呋喃和二氧 六环结构相似，极性比较强，但明显前者增强作用较强。这大概与四氢呋哺较小的 结构相关。 v b n a z a r o v 】等首次将金刚烷作为第三组分用于环糊精诱导的室温磷光中，研 究了金刚烷对萘环糊精和8 氘代萘环糊精体系r t p 强度和寿命的影响，作者发现金 刚烷的加入，使体系的刚性化程度大大增加，使8 氘代萘环糊精金刚烷体系的磷光 寿命可达到1 0 3 s 。 y u n l i np e n g 15 1 等以。【一溴代萘为磷光体，在不除氧的状态下，比较研究了不同第 三组分：金刚烷( a d ) 、环己烷( c h ) 、甲基环己烷( m e c h ) 、全氟代环己烷( f c i ：i ) 、全 氟代甲基环己烷( f m e c h ) 对体系磷光强度的影响，不同第三组分对体系磷光强度的 增强顺序如下：c h a d m e c h f c h f m e c h 。 第一章室温磷光研究简述 1 3 2 2c d r t p 法中的动力学平衡 重原子的近核磁场对分子的三重态和单重态产生微扰，使两个能级混合，从而使 禁阻的单重态到三重态跃迁可能发生，产生系问窜跃，从而提高三重态的布居，有 利于磷光的发射。在c d r t p 中，重原子的种类和用量一直是人们深入探索的重要 方面。在c d 中引入重原子通常有两种途径，( 1 ) 在c d 骨架上修饰重原子，这一 途径研究较少。双少敏口0 1 以环氧溴丙烷作重原子微扰剂，c d r t p 法测定了痕量苊， 并且指出重原子效应应有二溴 一溴 三溴的顺序，二溴烷烃的碳原子个数介于2 - 3 之间效果最佳；f 2 ) 将含重原子取代基的化合物加入c d 体系，形成包配物，在c d 空腔内发光体与重原子化合物( h a ) 更加接近，微扰作用增强。 c l i n el o v e i ”1 认为c d 磷光体重原子微扰剂三元包配物的形成是产生c d - r t p 的重要原因，并提出了三分子包配物的平衡模型。磷光体l ，重原子微扰剂h a 可以 同时被c d 包结形成三分子包配物，其包配物动态平衡如图1 2 所示： 形 ：- 心f a 岁p 印h o r ! ” c d p h o s p h o r s h a 图1 2 包配物动态平衡示意图 f i g u r e1 2s c h e m eo f k i n e t i ce q u i l i b r i u mo fc o m p l e x a t i o nc o m p o u n d 产生磷光的条件是k 3 或k 4 必须很大，如果h a 体积太大或者链太长，不易与磷光体 配合，则存在两种可能：其一，若k l 1 ( 4 ，则溶液中的主要型体为c d l 络合物，磷 光体受到c d 的保护，但重原子效应微弱，分子荧光增强而无磷光发射；其二，若 k 2 k 3 ，则主要型体为c d h a ，甚至只有极弱或没有磷光发射。 包配平衡动力学过程主要由缔合、解缔速率常数体现。t u r r o 1 8 等通过磷光寿命 的变化考察了发光体与y - c d 的包结形式，认为探针分子b n k s b ，b n k s a ，b n k s b p 在v 。c d 的溶液中，存在快衰减和慢衰减两种组分。作者还认为，由于这些物质在y c d 溶液中，具有两种不同的微环境，快衰减是由于这些化合物与y c d 分别形成了1 ：1 的包配物，而慢衰减是由于每一个分子同时和两个v c d 形成了1 ：2 的包配物。氧可 以完全猝灭快衰减组分，而c o ( n h 3 ) 6 ”却不能，因此k 。：2 比：? “a “大得多。 胆酸盐介导的抗氧猝灭室温磷光动力学行为研究 r 。 t 十c d = ；= t c d l “ l wik 口 q i c d i k ； q 】 1 1 s0 so 图1 3 环糊精包配动力学模型 f i g u r e 13k i n e t i cm o d e lo fc di n c l u s i o nc o m p l e x 如上图1 2 所示的环糊精包配动力学模型，完全类似于胶束中的处理，得到如下动 力学方程： 2 考一一w q 一面粉( 1 - 1 ) 式中和月分别是在水中和在环糊精包配物中三线态探针的单分子衰减速率，岛 和岛堤：在自由溶液中和包配物中三线态探针的双分子猝灭速率常数，缸和疋分别是 包配物的二级形成和一级解缔速率常数。k d 是在环糊精存在下无猝灭剂时印的倒 数。在环糊精保护下岛应比小得多，因此相对于k e q ， q 是可以忽略的。环 糊精包配平衡常数可以表示为： k ：坠 k 一 这是动力学法测量包配平衡常数的基础。 1 3 2 3c d r 1 p 方法特点 c d r t p 与其它磷光法相比具有以下优点：制作简单，快速，体系不易起泡，受 氧的猝灭作用较小，光谱分辨率高，线性范围宽，精密度好，选择性好。但该法也 有一些局限性，如光谱散射严重；应用易受分析物尺寸空间位阻的限制等。基于客 体分子包结在环糊精空腔内，烷烃、醇、胺、表面活性剂、金刚烷等作为空间调节 剂或空间填充剂进一步使磷光体刚性化。从而使发光体的磷光得到增强。胶态微晶 体系也是一种抗氧猝灭的体系。这种方法是将被分析物制成胶态微晶，在胶态微晶 悬浊液中产生r t p 。另外一种最近报道的脱氧胆酸盐胶束体系中，脱氧胆酸盐特殊 的胶束结构可以为磷光分子提供刚性的微环境，有效抑止了氧分子的猝灭，同样在 非除氧条件下测得了强的r t p 。除此之外，溶胶一凝胶( s 0 1 g e l ) 基质也是一种抗氧 猝灭的体系，在氧的存在下，也能使包埋于其中的磷光体产生很强的磷光信号，这 第一章室温磷光研究简述 是一种介于固体基质发光和液体发光的新技术。 然而，通常须要在除氧条件下才能得到强的r t p 信号。由于除氧过程使得r t p 方法步骤繁琐，近年来非除氧室温磷光的研究引起了人们的较多关注，并在其机理 和应用方面取得了很多有意义的研究成果。具体表现为以下几个方面：( 1 ) 在环糊精 体系中加入更适宜的第三或第四组分，以获取更高的准确度和灵敏度：( 2 ) 对非除氧 发光机理的研究将进一步深入；( 3 ) 寻求其他的具有类似环糊精结构的化合物作为主 体分子，来作为不除氧室温磷光的保护介质。因此，进一步开展非除氧室温磷光的 研究具有重要意义。 第二部分胆酸盐介导的非除氧室温磷光 1 4 胆酸盐介导的非除氧室温磷光 近十几年来室温磷光( r t p ) 法得到迅速发展。作为一种新的高灵敏度和高选择性 的测定手段，今后必将在生命科学、环境科学等方面得到广阔的应用。 作为有序介质，胆酸盐体系被应用于发光分析。由于它们特殊的结构和独特的 聚集体模式使得它们在很多方面不同于传统的长的烷基链表面活性剂。传统胶束结 构一般使得分析物位于疏水内芯，而胆汁盐胶束则使得客体分子紧密地插入胆汁盐 的疏水表面之间，从而使客体分子更好地与本体溶液以及其它客体分子相隔离。胆 汁盐具有更大表面积，更多的基团可用于分子间相互作用，为各种分析物提供了选 择性的结合位点；胆汁盐胶束簇集数小于传统胶束的，在光谱测量中光散射小。传 统的表面活性剂由于具有相对流动的胶柬内芯，容易在胶束内芯结合两个以上的分 子，从而造成如能量转移、二聚体形成等非辐射过程而影响发光行为。相比之下，胆 酸盐体系独特的胶束结构和性质使其能够克服上述两种有序介质的缺点而在发光分 析中具有广泛的应用前景。 作为有序介质，类似于环糊精体系，胶束体系被广泛应用于室温磷光分析。 1 4 1 胆酸盐简介 胆汁酸通常是用水解的方法从胆汁中分离出来的一系列的羧酸，是一类典型的 甾族化合物。从人和牛的胆汁中所分离出来的主要为胆酸和脱氧胆酸，胆汁中胆酸 主要以胆盐的形式存在，即胆中的羧酸与甘氨酸( h 2 n c h 2 c o o h ) 或牛磺酸 ( h 2 n c h 2 c h 2 s 0 3 h ) 中的氨基形成酰氨键，而以后者的羧基或磺基形成盐。 胆酸盐介导的抗氧猝灭室温磷光动力学行为研究 胆酸盐是重要的生物活性分子，参与许多生理过程。值得一提的是，胆酸盐存 在于生物组织内，人体内胆酸盐的一个重要功能是能够溶解水溶性的脂肪，它们的 胶束将多余的胆固醇从肝脏运送到肠里，从而使得多余的胆固醇排除体外，起到清 洁体内垃圾的作用 2 0 】。 诸如：磷酸的分散和消化，胆固醇溶解等，这些生理功能均来自于其分子的两 亲结构性质，即它同其它分子结合并生成混合胶束的能力。 2 艘。 w 可口_ r o r 寤 图1 4 人体内的初级胆酸盐的形成过程( 左) ：修饰后的三羟基胆酸在水里的自聚集( 右) f i g u r e1 _ 4s y n t h e s i z e do ft h ep r i m a r yb i l e s a l t so fh u m a n s c h o l i ca c i da n dc h e n o d e o x y c h o i l ca c i d ( l e t t ) ； s e l f - a g g r e g a t eo fm o d m e d - t r h y d r o x yb i l es a l ti na q u e o u ss o l u t i o n ( r i g h t ) 刚1 4 ( 左) 为人体内的初级胆酸盐( 胆酸和鹅脱氧胆酸) 通过肝中胆同醇的作用而逐步形成 过程。图14 ( 右) 上为胆酸的分子结构，下为被修饰后的3o l ，7 q ，和1 2 q 位三羟基胆酸在水里 形成的自聚集胶束。 1 4 2 胆酸盐的分子结构 胆酸盐的分子结构不同于通常的烷基链表面活性剂分子，而是由嵌有羟基和羧 基的甾环组成。类固醇骨架位于分子的凸面，尾链上极性或带电的基团与位于凹面 的羟基相互作用。在合适的条件下，由于甾环的衬托，这些羟基和羧基构成了亲水 性的极性面，而不是通常表面活性剂的单一离子头基，与此类似，胆酸盐分子以其 甾环代替通常的烷基链，构成了疏水非极性面。这些两亲面结构不仅使胆酸盐分子 自身表面具有特殊性，而且也造成它们和其它表面活性剂物质相互作用的复杂机理。 常见胆酸盐的单体结构如下表1 2 ： 从图1 5 中可看出，胆酸盐表面活性剂和传统表面活性剂在分子结构上有显著差 别。首先，胆酸盐具有典型的刚性甾体骨架，其中a ，b 两环的顺式并合使胆酸盐 分子具有特殊的三维弯曲立体结构，角甲基位于骨架的凸面和甾环共同提供疏水面； 其次，在刚性骨架中含有不对称中心以及活泼的羟基，一个或多个羟基位于凹面， 第一章室温磷光研究简述 并与尾链上极性或带电的基团相互作用提供亲水面，而传统的表面活性剂亲水的头 基和长的疏水碳氢尾链。正是由于这种结构的差别导致了胆酸盐在水溶液中独特的 簇集行为。 图1 5 常见胆酸盐的分子结构式 f i g u r e1 5 c h e m i c a ls t r u c t u r e so fb i l es a l t s ：( a ) s o d i u mc h o l a t e ，n a c ；( b ) s o d i u md e o x y c h o l a t e ，n a d c ； ( c ) s o d i u mc h e n o d e o x y c h o i a t e ，n a c d c ；( d ) s o d i u mu r s o d e o x y c h o l a t e ，n a u d c ；( e ) s o d i u m g l y c o c h e n o d e o x y c h o i a t e ，n a g c d c ；( o s o d i u mg l y c o u r s o d e o x y c h o l a t e ，n a g u d c 表1 2 胆酸盐的单体结构 t a b l e1 2m o n o m e rs t r u c t u r eo f c o m m o nc h o l a t es a l t s 1 4 3 胆酸盐的性质 。 虻 帅 胆酸盐介导的抗氧猝灭室温磷光动力学行为研究 传统的表面活性剂通常形成球状胶束、棒状胶束或微囊，具有明显的临界胶束 浓度，其中亲水基朝向水相，尾链朝里形成疏水内芯，胶束对物质的增溶位点包括 胶束表面、栅状层及疏水内芯 2 ”。胆酸盐的簇集和传统表面活性剂有很大的不同， 它没有尖锐的明显的c m c 值，簇集涉及了宽的浓度范围22 1 。目前，对胆酸盐的胶束 结构及性质可总结如下 2 3 - 3 4 】： ( i ) 胶束结构独特。内芯结构具有较大的刚性和粘度，其粘度区间在1 0 0 6 7 5 c p ， 而普通的胶束的粘度却远远小于它，粘度区问在1 5 3 0 c p f 2 3 1 。可为增溶探针分子提 供更好的保护。 ( i i ) 结合位点较多。胆酸盐的分子结构具有更大的表面积，可选择性地与更多分 子或者离子等作用。 ( i i i ) 与三羟基胆酸盐相比，双羟基脱氧胆酸盐簇集数更小，疏水内芯的刚性更 强。 ( i v ) 胆酸盐一般采用逐级簇集过程，簇集数由少到多逐渐形成大的簇集体。 ( v ) 盐可以促聚集，如钠离子和二价镁离子，金属离子的大小、价态及电子结 构均有明显影响，而阴离子对临界胶束浓度( c m c