（分析化学专业论文）萘酰亚胺类汞离子比率型荧光探针的设计、合成.pdf

硕士毕业论文 摘要 作为典型的重金属离子，人们很早就对汞离子的毒性有所认识，汞离子一旦 进入水环境，就被细菌类微生物从无机汞离子转化为甲基汞，并在生物体如鱼类 体内快速积累从而进入食物链。甲基汞破坏人类神经系统，引起大脑受损，认知 和运动紊乱，还有水俣病等。因此，寻找能够快速准确检测汞离子的方法具有重 要意义。 近年来随着交叉学科的迅速发展，荧光探针及其传感新材料作为材料科学和 分析化学的结合点备受关注，荧光探针提供了方便、快捷、廉价的分析检测有毒 重金属离子的方法，并具有很高的灵敏度和选择性。它在环境科学、分析化学以 及生命科学等领域有广泛的应用前景。 为了克服一般的荧光探针( 包括荧光猝灭型和荧光增强型) 的荧光强度很容 易受铃来实验因素的影响，如光漂白、入射光强度的变化、荧光染料所处的微环 境变化以及荧光染料浓度的变化等等。采用比率型荧光的方法能够很好的消除这 些因素的影响，提供更加准确的实验测量数据。 萘酰亚胺及其衍生物因其良好的光学性质：高的荧光量子产率、大的s t o k e s 位移，相对长的发射波谱等等，使它成为一种理想的荧光探针分子。基于分子内 共振能量转移( f r e t ) 和光诱导电子转移( p e t ) 我们设计合成了一种新型的 荧光探针( 萘酰亚胺。喹啉) ，当含探针分予的乙醇溶液和含汞离子的水溶液混合 后，萘酰亚胺昀荧光( 5 2 5 纛撒) 增强，喹啉的荧光( 3 6 0n m ) 猝灭，汞离子浓度在 2 0 1 0 6 6 1 0 巧m 范围内，具有很好的响应和选择性。 为了减小荧光背景鲍干扰，我们设计合成了另外一种荧光探针分子( 萘酰亚 胺卟啉) ，与第一章的荧光载体相比，此分子具有相对长的激发( 4 2 5 n m ) 和发射 ( 6 5 0n m 和5 2 5n m ) 波长，对汞离子有较宽的线性响应范围：从7 。8 lo 7 到1 2 1 0 4 m ，和较低的检测下限，达到8 o lo 堪m 。实验结果表明，在中性条件下( p h 4 0 8 o ) ，此分子对汞的响应几乎不受p h 的影响。 我们还进行了离子选择性电极的研究，并且成功设计合成了一种新的纯合物 一一酰胺键联氧杂蒽双锰卟啉一一并把它作为电活性物质用于s c n 。的检测。线 性藏围2 4 1 0 两m 1 。o 1 0 。m ，p h 工彳笨范圈是：3 。0 8 。0 ，响应时间小于6 0 s ，电 极对s c n 的响应表现出反h o f m e i s t e r 规则，并能够很好的应用于对人尿中的硫 氰酸根的检测。 关键词：荧光探针；萘酰亚胺；汞离子；光诱导电子转移；荧光共振能量转移： 离子选择性电极 珏 a b s t r a c t a sat y p i c a lh e a v ym e t a l ，m e r c u r yh a sb e e nk n o w na s at o x i cm e t a ls i n c e a n 专i q 毪i t y o 黢e ei n t f o d h e e di 蔽专。主h e 撒a f i n ee 靛v i o n 礅e 娃芝，b a c e f i ac o 致v e r ti n o g a 薹l i c m e r c u r yi n t om e t h y l m e r c u r y ，w h i c he n t e r st h ef o o dc h a i na n da c c u m u l a t e si nh ig h e r o r g a n i s m s ，e s p e c i a l l yi nl a r g ee d i b l e 是s h m e l h y l m e f c u r yi sn e u f o t o x i ca n dh 8 sb e e n i m p l i c a t e d a sac a u s eo fp r e n a t a lb r a i nd a m a g e ， v a r i o u s c o g n i t i v ea n dm o t i o n d i s o r d e r s ，a n dm i n a l n a t ad i s e a s e t bm o n i t o ra n dp f e v e n tm e r c u r yp o l l u t i o n ，e f f o r t s a r e_ b e i n gl 矬a d ew o r l d w i d et o d e v e l o pn e wm e f c u r yd e t e c t i n gs t r a t e g i e sf b r m o n i t o r i n gm e r c u r i ci o nf r o mt h ee n v i r o n m e n ta n d b i o l o g i c a ls a m p l e s ，n o ws e v e 豫l t e c h n i q u e sa f ea v a i l 氇b l e a sal i n ko fm a t e r i a ls c i e n c ea n da n a i y s i sc h e m i s t r y ，t h es t u d yi nf l u o r e s c e n t s e n s o fa n d 纛o v e ls e 砖s o rn l a l e 疸a lh 箍sf e c e i v e dag f o w i n ga l e 娃i o nw i l ht h ef a p i d d e v e i o p m e n to fc r o s ss u b je c t t h e yp r o v i d ea c c u r a t e ，o n 1 i n e ，a n dl o w c o s td e t e c t i o n o f o x i eh e a v ym e t a li o n sw i t hh i g hs e l e e t i v i t ya n ds e n s i t i v i t ya n dh a v eb e e nu s e di n av a r i e t yo ff i e l d ss u c ha s e n v i r o n m e n t a lc h e m i s t r y ， a n a l y t i cc h e m i s t r y ， a n d b i o ，m e d i c i n a ls c i e n c e t h ef l 娃。r e s c e n e ei n t e n s i t e so fe o m m o 藏p r o b e s ( b o t h 笊毽o r e s c e l l e eq u e l 薹e h i n g a n df l u o r e s c e n c e e n h a n c e m e n t )a r ei n f l u e n c e db ye x p e r i m e n t a lf a c t o r ss u c ha s p h o t o b l e a c h i 建g，e x c i t a t i o ni 娃l e n s i t y ，t h em i c r o e n v i r o n m e n ta r o u n dt h ed y e ，a n dt h e c o n c e n t r a t i o no ft h ed y e t h er a t i o m e t r i cp r o b e sc a nn o r m a l i z et h ev a r i a t i o no ft h e s e e f e l sa n dp f q v i d el 鬏o er o b u s ta n dp f e i 。i s ef 矬e a s u r e l 矬e 魏r e s u l t s 。 a m i n o n a p h t h a l i m i d ed e “v a t i v e sa r ea t t r a c t i v ef l u o r o i o n o p h o r eo w i n gt ot h e i r g o o dp h o t o p h y s i c a lp f o p e r t i e sw i t hs t r o n gf l u o r e s c e n c e ， l a r g es t o k e ss h i f l sa n d r e l a t i v e l ys t e a d y e m i s s i o n w a v e l e n g t h s w ed e s i g na n d s y n t h e s i s an o v e l c h e m o s e n s o r ( 4 - a m i n o n a p h t h a l i m i d e - 8 一h y d r o x y q u i n o l i n e ) b a s e do nh 9 2 + i n d u c e d i l u o r e s c e n c er e s o n a n c ee n e r g yt r a n s f e r ( f r e t ) a n dp h o t o i n d u c e de l e c t r o nt r a n s f e r ( p e t ) h g z + c a nb ed e t e c t e da n dq u a n t i t a t e db ym e a s u r i n gt h ef l u o r e s c e n ti n t e n s i t v c h a 稳g e a d d i i o no fh 9 2 + t oae t h a n o ls 0 1 u t i o 建o ff l u o f o i o n o p h o r eg a v eas i g n i 纛e a n t e n h a n c e df l u o r e s c e n c ea ta b o u t5 2 0n mo f4 。a m i n o n a p h t h a l i m i d ea n dq u e n c h e d f l u o r e s e e n e ea a b o u l3 6 0n l 矬o fq u i 鞋o l i n e i 专e x h i b i t sal i n e a ff e s p o n s e 毫o w a r d l 鏊2 + i nt h ec o n c e n t r a t i o nr a n g e2 o lo 一6 6 l0 。5m o ll 。1w i t hah i g hs e l e c t i v i t y f bm i n i 激i z e h ee f - f e c t so ft 量l eb a c k g r o u 薹重dn u o r e s e e n c e ，w es u c e e s s f u l l yd e s i g n a n d s y n t h e s i s a n o t h e r f l u o r o i o l l o p h o r e ( 4 一a m i n o n a p h t h a l i l n i d e p o r p h y r i n ) 1 i i 硕士毕业论文 c o m p a r e dw i t n f o r m e rf l u o r o i o n o p h o r eo fc h a p t e ro n e ， t h i sc h e m o s e n s o rh a v e r e l a t i v e l yl o n g e re x c i t a t i o n ( 416 n m ) a n de m i s s i o n ( 5 2 5 n mo fa m i n o n a p h t h a l i m i d ea n d 6 5 0o fp o r p h y r i n ) w a v e l e n g t h s i ta l s oe x h i b i t saw i d e rl i n e a rr e s p o n s et o w a r d h 9 2 + i nt h ec o n c e n t r a t i o nr a n g e7 8 l o 7t o1 2 1 0 4m o ll 一，a n dl o w e rd e t e c t i o n l i m i ta b o u t8 0 l o 8m o ll t h en u o r e s c e n c ec a n t b ei n n u e n c e db yp ha ta w o r k i n gr a n g ef r o m4 ot o8 0 w ea l s od a b b l e di o n - s e l e c t i v ee l e c t r o d e sa n ds u c c e s s f - u l l yd e s i g n e dan e w c o m p o u n d 。a m i d e - l i n k e d m a n g a n e s ed i p o r p h y r i nx a n t h e n e ( m n 2 c 1 2 a d p x ) a s e l e c t r oa c t i v em a t e r i a l so fe l e c t r o d et od e t e c tt h e t h i o c v a n a t e t h ee l e c t r o d e e x h i b i t e dl i n e a rr e s p o n s ew i t h i nt h ec o n c e n t r a t i o nr a n g eo f2 4 l0 6t o1 0 10 。1m o l l 1s c n ，w i t haw o r k i n gp hr a n g ef r o m3 0t o8 0a n daf a s tr e s p o n s et i m eo fl e s s t h a n6 0 s t h ee l e c t r o d ee x h i b i t sa n t i h o f m e i s t e r s e l e c t i v i t yt o w a r ds c n 。w i t h r e s p e c t t oc o n l m o n c o - e x i s t i n g a n i o n s t h ee l e c t r o d ew a s a p p l i e d t ot h e d e t e r m i n a t i o no fs c n 。i nb o d yu r i n ew i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t s k e y w o r d s ： f l u o r e s c e n t p r o b e ； a m i n o n a p h t h a l i m i d e ；m e r c u r yi o n ； p h o t o i n d u c e de l e c t r o n t r a n s f e r ( p e t ) ； f l u o r e s c e n c e r e s o n a n c ee n e r g yt r a n s f e r ( f r e t ) ；i s e s 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师指导下独立研究所取得的科研成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其它人或集体已经 发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：习潍侥1日期：矽寥年月声 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和接阅。本 人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩影或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后使用本授权书。 2 不保密团 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 专耗札 女眨夏 日期：噼年0 月叼日 日期：叼年s 月勿日 硕士毕业论文 第1 章绪论 化学传感器是一类转换器，可选择性地将分析对象的信息( 如酸度、浓度、粘 度、化学或生物物种等) 转变为分析仪器易测量的物理信号。目前，电化学与光学 传感器是两个活跃的研究领域。 1 1 光化学传感器 得益于现代电子技术的发展，电化学传感器出现较早，该领域的研究十分活 跃，新技术新方法不断涌现：光化学传感器的出现相对较晚，然而该研究领域所 具有的实用性为其发展提供了便利条件，因此迅速成为现代分析化学的前沿研究 领域之一。 光化学传感器是利用敏感层与被测物质相互作用前后物理、化学性质的改变 而引起的光谱性质的变化检测物质的一类传感器【1 1 。随着光纤技术及光集成技术的 迅猛发展，光化学传感器引起了人们的极大关注，并且已经广泛地应用于工业、 环境、生物医学的检测中1 2j 。 1 1 1 荧光化学传感器 荧光化学传感器具有选择性好、灵敏度高、简便快速、可利用光纤技术实现 远距离实时检测、如果在吸收光谱上有比较大的变化，可以在不借助于任何仪器 的情况下，直接通过颜色的变化来实现裸眼识别等优点，近年来引起了人们极大 的兴趣。荧光化学传感器的出现和近年来超分子科学的进展诸如分子组装、主客 体化学、非共价相互作用，以及光诱导电子转移( p e t ) 及分子内共轭的电荷转移等 密切相关。而另一方面，它的发展也和许多科学技术领域诸如生物化学、临床医 学、药物化学以及环境科学中提出的大量实际问题密切相关。 1 9 8 7 年n o b e l 化学奖授予了p e d e r s e n ( 研究冠醚) ，c r a m ( 研究主客体化学) 和 l e h n ( 研究超分子化学) ，标志着化学的发展进入了一个新的时代，超分子化学的重 要意义由此被人们真正认识到。超分子化学的研究是对非共价键较弱相互作用键 合起来的复杂有序的且具有特定功能的分子集合体的研究，它的诞生与发展极大 地激发了化学家的想象力与创造力。超分子化学不仅在材料科学和信息科学中具 有重要的理论意义，而且在生命科学中也具有广阔的应用前景，目前这一领域的 研究主要集中在分子识别、化学反应和分子输送三个方面。而分子识别研究是前 提和基础，其对于设计高选择性和强结合力的人工受体分子具有重要的理论和实 际意义；另外，以分子识别为基础，研究构筑具有特定生物学功能的超分子体系， 萘酰哑胺类比率型荧光探针的设计、合成 对揭示生命现象和过程具有重要意义，并可能给化学研究带来新的突破。 所谓分子识别是主体( 又称受体) 对客体( 又称底物) 的选择性结合并产生某种 特定功能的过程。因此，分子识别是有目标的结合，它是通过一系列结构确定的 分子间相互作用而组成的模式识别过程。分子识别过程可以通过设计某种能产生 和传递特定信息的分子器件来加以检测，在过去曾设计的分子识别中信息的读取 常用电、磁等性质如氧化还原电位、核磁共振等。而光信号由于可以通过分 子的发光现象或者吸收光谱的变化来探测分子闻的相互作用，往往易于传递和控 制，并且灵敏度很高，因此近年来荧光化学传感器( f l u o r e s c e n tc h e m o s e n s o r ) 越来 越受到人们的青睐。 1 1 2 荧光化学传感器的模型 荧光化学传感器通常由以下三个部分组成f 3 】：( 1 ) 外来分子的识别基团， ( r e c o g n i t i o nm o i e t y ) ，即键合基团，它负责识别和结合客体分子；( 2 ) 荧光基团( r e p o r t m o i e t y ) ，即信号基团，它负责产生光信号；( 3 ) 连接体( s p a c e r ) 部分也称隔离基团， 它负责连接荧光团和识别基团，此外它还起到当分析对象进入识别基团时引起荧 光基团的发光特征发生变化的枢纽作用。分析对象被识别时，荧光基团内在的光 物理特性被影响，荧光信号的输出形式发生改变，侧如荧光峰值位置的移动，荧 光量子产率的高低，荧光寿命的变更，荧光偏振的改变以及新荧光峰的出现等。 因此荧光团可起信息转化的作用，即将识别信息转化为光学信号的作用。 r 哪i o n 枷i e 仃 r e c o g 蛐n 脚酶船 f i g1 1as 垂r c t u r 曩l 越o d e lo f 曩h o r e s c e 萎耋p r o b e 1 1 2 1 荧光基团 尽管在荧光分子探针的研究中，对不同种类的荧光基团的研究远少于对识别 基团的报道。但荧光团在荧光分子探针中的作用与识别基团同样重要，荧光团的 荧光量子产率、吸收波长、发射波长、光稳定性等光物理性质决定了探针的光物 理性质。 荧光基团是荧光分子探针的最基本组成部分，作用是将分子识别信息表达为 荧光信号。一般来说所有荧光化合物都可做荧光分子探针的荧光基团，通常芳香 蓍唧辘誊量净 硕士毕业论文 族化合物：如稠环芳烃，以萘、蒽、芘为主要代表的稠环芳烃类化合物都具有强 而稳定的荧光。它们作为结构最简单的荧光基团，经常用于基础理论的研究。另 外它们易产生激基缔合物荧光【4 l ，这一特性是其它种类的荧光团不能代替的。 以荧光素l 和罗丹明2 为代表的咕吨类荧光化合物【5 6 】是非常经典的荧光染料， 经常被用于各类荧光分子探针的合成。荧光染料31 7 j 是近年来倍受青睐的生物大分 子标记用荧光染料，特点是波长可调范围大，可以进入近红外区，能有效避开生 物体系的背景荧光，提高探针的灵敏性。硼二吡咯亚甲基染料4 【8 9 】的特点是荧光 量子效率高，随取代基变化其荧光波长可调范围大，不易受环境p h 的影响，近年 来的几个基于该荧光团合成的金属离子荧光分子探针颇为引人注目。1 ，8 一萘酰亚胺 5 也是一类重要的荧光化合物”o i 八n j 1 r 2 3 r 一 2 o h 4 5v f i g1 2m o l e c u i a rf b r m u l a so fn v et y p i c a in u o r o p h o r e s 1 ，8 萘酰亚胺是由1 ，8 萘酐制备而来的。1 ，8 萘酐本身没有荧光，在4 位引人供 电子基团如氨基等后形成强的推拉电子体系，使电子容易激发，从而发出荧光1 。 萘酰亚胺的分子结构具有如下特点： ( 1 ) 刚性和共平面性。一般来说，荧光物质的刚性和共平面性越强，分子与 溶剂或其它溶质分子的相互作用越少，使得外转移能量损失越少，有利于荧光的 发射。 ( 2 ) 具有较大的共轭体系。共轭体系越大，离域电子越容易激发，荧光产生 萘酰亚胺类比率型荧光探针的设计、合成 越容易。 ( 3 ) 分子结构中一端具有强的给电子基团，男一端具有强的吸电子基团，因 此，其分子结构中存在着大的吸供电子共扼体系。处于这种体系中的电子缀容易 受到外界光或电场的激发而发生跃迁而产生荧光。同时，萘酰亚胺结构的可修饰 性可以通过改变1 位或萘酰亚胺氮原子上所连接的取代基德到新的化合物，获褥 不同颜色的发光，满足各种实际需要。 董。1 2 2 识别基园 作为超分子化学的重要组成部分，荧光分子探针受到科学家们的广泛关注。 识别基团在荧光分子探针中具有重要的作用，它决定分子探针与被识别客体的结 合强度，这种结合性能是荧光分子探针对被识别客体具有选择性和灵敏性的前提。 所以，在荧光分子探针识别基团部分的设计与合成中，化学家们倾注了极大的热 情。因此，我们今天可以见到大量经过巧妙设计合成的不同结构的识别基团用于 构造各种荧光分子探针。 冠醚、环糊精和杯芳烃是超分子化学中最重要、研究最多的主体化合物，它 们都具有大环结构，这种结构所包含的空腔因具体化合物的不同而不剐屺】。此外， 不同的主体或者弱一主体的不同化合物所对应的客体也不同，这就为设计不同客 体的荧光传感器奠定了基础。在荧光传感器的设计中，根据欲检测物质的结构特 点和性质选择适当的主体分子和荧光基团是缛到性能优良的荧光传感器的关键。 此外，连接臂的柔性、长度和结构对传感器的性能也有显著影响，荧光基团的发 光特性直接影响着传感器的灵敏度。荧光基团的荧光强度、荧光寿命、荧光光谱 形状和荧光偏振等都可以作为荧光信号输出。 l 。1 3 荧光化学传感器分子探针的响应机理 准确评价荧光信号的改变并对荧光信号的改变作出合理的机理解释，需对光 物理化学过程有全西认识。现在较成熟的响应机理包括：光诱导电子转移( p e t ) 机理；荧光共振能量转移( f r e t ) 机理；激基缔合物( e x c i m e r ) 机理；扭转分子 内电荷转移( t i c t ) 机理；激发态分子内质子转移( e s i p t ) 机理。下面主要对 光诱导电子转移( p e t ) 机理和荧光共振能量转移( f r e ，r ) 机理作一介绍。 l 。1 3 。l 光诱导电子转移( p e t ) 机理 p e t 热力学基础由w e i l e r 等于2 0 世纪6 0 年代末提出，用于描述分子间电子转移 体系。这一开创性工作为光诱导电子转移体系的深入研究奠定了基础。 p e t 应用到传感器上一般需要如下几个条件，首先传感器分子中要包含一个荧 光团，其应具有高的量子产率；其次还应包含电子给体( e l e c t r o nd o n o r ) ，可以发 生向荧光团的p e t 过程；最后，当结合目标分子( 或离子) 后，会芍| 发或抑翻电子 硕士毕业论文 给体与电子受体间的光诱导电子转移，引起荧光团荧光猝灭或荧光恢复，实现信 号报告目的。图1 3 。 v 妇a k i yf i u o f e s c e 呲s 们n g l yf l r 斡蚀哦 f i 9 1 3f l u o r e s c e n tc h e m s e n s o rm o d eb a s e d0 np e t a 基于p e t 过程的阴离子识别 就大多数p e t 荧光传感器而言，其荧光团一般选用稠环类芳香化合物，因为该 类化合物具有刚性平面结构，量子产率较高，具有较强的荧光发射。同时由于分 子内的电子离域特性，常被看作能容纳大量电子的场所。识别基团一般含有脂肪 胺或芳香胺，其上的孤对电子可作为p e t 过程中的电子给体，以作为荧光团的猝灭 剂。 p 0 h 3 n 、 厶 l 0 n n h 3 6 f i 9 1 4e x a m p l eo fn u o r o i o n p h o r e sb a s e do na n i o nc o n t r o lo fp e t 荧光分子6 为首例利用p e t 机理识别阴离子的荧光分子传感器【l3 1 。其以葸为荧 光团，多胺阳离子为阴离子的识别位点。在进行阴离子识别前，先对多胺进行部 分质子化，残留一个自由氨基作为荧光团葸的猝灭剂。当h p 0 4 2 。的加入后，其羟 基与残余氨基孤对电子结合后，阻断了p e t 的发生，可使葸荧光得到恢复，表现为 受体分子荧光显著增强，实现在p h = 6 的水中选择性识别h p 0 4 2 。 受体分子7 以硫脲盐类为阴离子识别位点，萘为荧光团，在激发态时，会发生 从萘向硫脲盐方向的p e t 过程，致使萘的荧光被猝灭，在乙腈中，阴离子如a c o 萘酰亚胺娄比率型荧光探针的设计、合成 与硫脲盐以静电吸引和多重氢键协同作用结合后，提高了硫脲盐的还原电位，阻 断了p e t 的发生，荧光强度显著增强，可实现在水中识别h p 0 4 2 。和a c o ，其与h p 0 4 2 形成2 ：l 的配合物f 1 引。 7 f i g 量5a n o t h e re x 8 m p l eo fn u o r o i o n p h 0 1 e sb 鑫s e do na n i o nc o n t r o lo fp e t b 基于p e t 过程的阳离子识别 较p e t 机理识别阴离子而言，阳离子的荧光识别起步较早。大多数p e t 机制阳 离子传感器分子中，一般将结合阳离子的受体设计成电子给体，丽将具有荧光发 射特征的荧光发光体设计成电子受体。 8 f i 9 1 6e x a m p l co fn u o r o i o n p h o r e sb a s e do nc a t i o nc o n t r o lo fp e t 受体分子8 是选择性识别h 9 2 + 的p e t 传感器【1 引，萘酰距胺是分子8 约荧光霞， 2 ，6 二胺甲基吡啶上的氮原子既是荧光团的猝灭基又是金属离子的结合位点，其半 刚性结构可增强与金属离子结合的选择性。在p h = 6 。9 8 的h c l t r i s 缓冲溶液中受体 自身的荧光较弱，荧光量子产率为o 0 0 7 ，过渡金属离子中的z n 2 + 、c d ”、a g + 和p b 2 + 硕士毕业论文 均能使3 的荧光不同程度的增强( f f o w i t ha ne x 主重a t i o 娃w a v e l e n g 纽a l 2 8 9n m 应。 从图2 5 可以看出，与我们预期的相同，化合物l 对汞离子具有较好的比率型响 2 0 - lico_c一oc啦u小：o：一山 砉聃拳黛c一8c嚣竹|lo摹一k 硕士毕业论文 卷 o c a o 蚺 麝 2345o ￥镪张l e n 鬈辍 f i g u r e2 6 a b s o r p t i o ns p e c t r ao fc o m p o u n dl ( 1 o 1 0 。5 m ) v s h 9 2 + ( s o i i dl i n e ) a n db u f 孙ro n l y 娃o l l e dl i 矬e l 珏8l 棘i x l 珏r e ( 1 ：l ，v ，肇) o fe l h 叠珏o l 鬟纛dt 1 i s l 薹c l ( o 。li 蠖，p 珏= 7 ) b 珏l 蕈e 1 鬟镶糕e o 珏s s o l u t i o n 为了研究汞离子和荧光探针分子的作用机理，我们考察了l 在不加汞和加入汞 的条件下的紫外光谱图，如图2 6 ，与不加汞时相比，加入汞后在2 3 3n m 处喹啉的 吸收峰明显增强，相反，在4 0 0 n m 处4 氨基萘酰亚胺的吸收峰反而降低了，这种光 谱特性有力的证暖了荧光共振能量转移的响应机理。 3 3 3 3 4 0 04 憾枷瑚 f l 鬈2 。7s p e c l l 霉lo v e l 1 曩pb e l 群e e 臻唾珏l 毪o l l 纛ee m i s s l o 珏霉珏d4 _ 轰疆i 珏。糕馨p 囊l h 鑫l l l 致l 纛e 霉b s o r p t i o 珏。 2 差一 誊*calc一心啦墓焉gjoz 萘酰亚胺类比率型荧光探针的设计、合成 v v a i e n g l h f i 9 2 8f l 秘0 1 e s 霉e 魏e es p e c l 叠o fl + b 狂讯rv sl 珏9 2 + ，2 + b u f f e rv s2 + h 9 2 + a l lt h e c o n c e n t r a t i o n so fh 9 2 + i so 1 5 i n ma dt h eb u f f l e ri st r i s i i c l ，p h ；7 ，v ：v = l ：l o 量i gz 91 h ep r o b a b l ea s s o c i a t i v em o d e lo ft h e 玎u o r e s c e n ti n o i e c u i elb i n d i n g w i t l lh 9 2 + 因为喹啉的发射光谱和4 氨基萘酰亚胺的吸收光谱有重叠，如图2 7 。使它作 为激态分子在没有光子发射【58 】的条件下把能量传递给能量受体一一4 氨基萘酰亚 胺。从丽喹啉的荧光猝灭，4 氨基萘酰亚胺的荧光增强。由于哌嗪和毗啶上氮原 子的孤对电子转移至4 氨基萘酰皿胺，使它的荧光强度较弱，在加入汞后，氮上 的孤对电子与汞离子发生配位作用切断了电子转移( p e t 过程) ，使得4 一氨基萘酰 甄胺的荧光强度大大增强。为了进一步证明响应机理，我们考察了探针分子2 ( 与 l 比仅仅缺少喹啉分子) 的荧光响应特性，首先我们调整荧光团l 和2 的浓度使它们 在空白的时候荧光强度相同，接着我们加入相同浓度的汞离子( 大约1 0 q m ) ，从 圈2 。8 可以看出探针分子2 相较探针分子l 在加入汞离子后荧光强度的改变较小，这 就证明了确实发生了从喹啉到4 氨基萘酐能量转移，这种能量转移可能与荧光分 硕士毕业论文 子与汞离子配位后改交了其空间构型，拉近了两荧光霞的距离有关图2 9 。通过实 验我们发现化合物5 对汞离子没有响应，分子探针2 对汞离子有较好地增强型响应， 所以我们认力在配位点应该是在哌嗪和二氯甲基吡啶之间如图2 9 。 2 3 4 选择性 f i g 毯r 拳2 。l o 爻e s p o 珏s eo f 霉o l 珏p o 珏载d 重童。v 矗r i o 珏se o l n l 拄o n 掰e 垂魏li o 珏s 珏鬈z + e o 基e e 飘重r a t i o 藏i s 1 5 1 0 4t 垤；t h ec o n c e n t r a t i o no fo t h e ri o n sa r el 1 0 3m ) 在相同的条件下，我们也考察了探针分子对其它阳离子的响应特性。从图7 可 以看出其它离子对汞离子检测干扰非常小，此探针分子对汞有较好的选择性。 2 。4 小结 基予荧光共振能量转移( f r e t ) 和光诱导电子转移( p e t ) ，我们成功的设 计合成了一种新型的荧光探针分子1 ，它对汞离子呈显出较好的比率型荧光响应信 号，线性范围为2 l o 一6 6 l o 。5m ，且在水溶液中对汞有较好的选择性。 禽飞一 萘酰亚胺类比率型荧光探针的设计、合成 _ o o d铆言 j 。j l i 。 ： o 一 o 攀 攀筝零季 g 攀事霉罩莓 卷复8覆蓉 上l _ 二上“o 上。山o l u o 上“ t 0 工l 上o o t 上d 工上u _ 圭上叫llltllll ；：l 芒i 7 o n u _ 寸 pu ” q ? 筘 b 一t o 疆慧慧笔 b 抽 b u 釜 蕾 n a p c i m ss p e c t r u i 娃o fc o m p o u n d3 。2 毒- ” 强蓦 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o 2 1 0 1 1 0 囊 i 它 掌 一i a o l 篙霉础j 鬟 l 0 ，i 硕士毕业论文 一1 s 0 - s 。s s 5 - 。、一i 。s 7 0 一0 5 s 7 ：= 二= 二：一i 5 2 4 一8 s o 一8 4 2 7 1 0 4 2 j _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ e 一5 4 0 j l e 。4 0 3 _ 一1 l l 。l l i = = = = # _ 目。_ e = 一0 1 4 4 l s 1 _ o 7 5 一7 5 7 0 一7 口 三尝誊詈譬l 蹴 、_ 一7 。o 1 hn m r s p e c l r mo fc o m p o u n d 重( 4 0 0m h z ，c d c l 3 ) - 2 7 t k ，熏_，一o，吒 、x岢01一、，l搿，v，l，一葛t 碧麓扎譬”tory。 ，c-#臼cn” 褂c 一 o ”n 一 _j1_j1j1j11_or-_ 龠 ； ； r110_3j，11_t1。 盘囊 争n ” o o _11j i-_，1-ti11t_j t 1 1 j_0j111jl 1 ，1 j o 霉 1 tjj，1_j；，jjll。 q 。n l l 紫酰亚胺类比率型荧光探针的设计、合成 第3 章基于含萘酰亚胺卟啉荧光染料化合物用作 3 。l 引言 比率型汞离子荧光探针的研究 即使在较低的浓度下，重金属离子汞离子也是有毒性的，因此设计并合成用于 测定汞离子的荧光探针是研究领域酶热点您l 。大部分觅诸予报道的测定汞离子的 荧光探针都是基于自旋轨道耦合引起的荧光猝灭机理【6 0 。6 引，近年来，文献中也报道 了一些基于荧光增强的探针【6 卜7 0 】。遗憾的是，大部分用于测定汞离子的荧光探针都 是基于单波长变化的，这样测量过程会受一些因素的影响，比如：光漂白、探针分 子的浓度、探针分子周围的微环境和光照射下的稳定性等，而比率性的测定方法能 够克服上述因素的影响。荧光比率法是通过记录两个荧光发射峰的比率来实现对金 属离子的检测的，它有利于增加响应范围，减少环境因素的影响。 誉前，采用荧光眈率法测定金属离子是一个研究热点。已用此方法测定的金 属离子有：c a ( i i ) 【7 、z n ( i i ) 【7 2 - 7 引、a g ( i ) 【7 7 ，78 1 、c u ( i i ) 【7 9 - 8 3 】和c d ( i i ) 【8 4 1 。遗憾的是， 用于测定 g ( 1 l 碡孽比率性荧光探针却罕见报道强引。文献中报道的比率性荧光探针 大多是基于内部电荷转移( i c t ) 【7 4 ，8 0 ，8 2 】和其它光物理过程【7 2 ，7 4 ，7 6 ，7 8 ，7 9 ，8 1 】引起的 发射波长的移动。这些荧光探针邂常是由单个荧光基团构成，并具有很少的波长 移动7 2 ，7 4 ，7 6 ，7 8 ，s o 】，或者需要在两个波长下激发f 7 9 ，8 。w o o d r o o f e 等人报道了一个 新的方法，即采用一个分子中含有两个荧光基团的染料来比率性的测定z n ( i i ) 引。 在这个体系中，是通过两个不同的激发波长的激发来实现测定的