（分析化学专业论文）基于荧光指示剂共价固定的新型光化学传感器的研制.pdf

摘要 本论文合成了几种合末端双键、町共价吲定的新型荧光化合物，并以此作 为荧光指示剂，与膜基质单体在光引发剂作用i j 发生光聚反应共聚在经过硅烷 化处理的石英或普通玻片上制成光极膜，制备了对一些物质有响应的荧光化学 传感器。( 1 ) 合成了n 一烯丙基咔哗，研制了种强力霉素荧光传感器，线性 范围为6 0 1 0 - 7 2 0 1 0 m o l l ，一些常见的无机盐和有机物对测定无明显干 扰，测定结果与分光光度法测定的结果一致，研制的强力霉素传感器可测定药 片和尿样中强力霉素的含量。( 2 ) 用荧光基幽2 氨基苯并噻哗与对烯丙氧基 苯甲醛合成了一种新的s c h i f f 碱类化合物，仞十制成了一种s c h i f f 碱新颖光化 学传感器，用f 呋哺哗酮的测定。检测范围为10 1 0 一1 0 1 0 m o ll 。用 传感器测定药片中呋喃哗酮含量的平均值和标准偏差与药典中的标准方法分光 光度法测定的结果一致。( 3 ) 用强荧光基幽! 氨基苯并蒽酮与对烯丙氧基苯 甲醛合成了，另一种新的s c h i f f 碱类化合物，or | f 基丙烯酸羟乙酯、丙烯酰股、 环乙：醇二内烯酸酯共聚制得光极膜，制备j 种苯并蒽酮s c h i f f 碱光化学传 感器，u j 用于单质碘的测定。测定时的最佳p h 为8 0 。单质碘猝灭光极膜的 线性范围在1o x l 0 一1o x l 0 。m o l 1 “之间，常见的无机离子和一些可能共存的 有机物不干扰测定，用该传感器测试了普通食特中碘的回收率。( 4 ) 合成了一 种具较强荧光的的有机光致变色化合物4 一甲罄7 一烯丙基萘并 1 2 - b 1 吡喃一2 酮，并将其作为荧光指示剂应用到光化学传感器中，研制了一种测定呋哺西林 的荧光传感器，线性范围为6 o x l o 一8 o x l 0 t o o l l 。研制的呋哺西林传感器 口j 测定药片中呋哺西林的含量。 关键词：荧光化学传感器，共价固定，荧光指_ i 剂，咔哗，s c h i f f 碱，萘并吡 哺 a b s t r a c t i n t h i st h e s i s s e v e r a ln e wf l u o r e s c e n c ec a r r i e r sh a v eb e e ns y n t h e s i z e db e a r i n ga c a r b o nc h a i nw i t hat e r m i n a ld o u b l eb o n di n t r o d u c e di n t ot h em o l e c u l ea n d c o p o l y m e r i z e dw i t h am o n o m e ru n d e ru vi r r a d i a t i o no nt h es i l a n i z e dg l a s so r q u a r t zd i s kt h es e n s o r sp r e p a r e dw e r es t u d i e dc o v a l e n ti m m o b i l i z a t i o ne f f e c t i v e l y p r e v e n t st h el e a k a g eo ft h ec a r r i e rd y ef r o mt h es e n s o rm e m b r a n e ap h e n o m e n b n t h a ts h o r t e n st h el i f e t i m eo fo r d i n a r yo p t i c a ls e n s o r s t h e s es e n s o rp r e p a r e dh a v e b e e na p p l i e dt oa n a l y s i so fd i f f e r e n ts p e c i e s ( 1 ) c a r b a z o l ei sap r o m i s i n gp h a r m a c e u t i c a ls p e c i e s an o v e lo p t i c a ls e n s o rf o r d e t e r m i n i n gd o x y c y c l i n eb a s e do nt h ef l u o r e s c e n c eq u e n c h i n go fn - a l l y l c a r b a z o l e i m m o b i l i z e do na nq u a r t zg l a s sp l a t es u r f a c eb yc o v a l e n tb o n d i n gh a sb e e n d e s c r i b e d t h es e n s o rs h o w ss a t i s f a c t o r yv i r t u e si n r e v e r s i b i l i t y , r e p e a t a b i l i t y , s e l e c t i v i t ya n ds u f f i c i e n tl i f e t i m er e s u l t i n gf r o mi t se x c e l l e n to p t o d em e m b r a n e i t s r e s p o n s et i m ei s l e s st h a n6 0s e c o n d s t h ed e t e r m i n a t i o nr a 藏i g ea n dd e t e c t i o nl i m i t o ft h es e n s o ra r e6 0 1 0 。一2 0 1 0 m o l l la n d2 0 1 0 m o l 1 r e s p e c t i v e l yt h e i i r e t i m eo fe a c hs e n s o ri sa t1 e a s tt h r e et of o u rm o n t h st h es e n s o rc a nb eu s e df o r d i r e c td e t e r m i n a t i o no fd o x y c y c l i n ei np h a r m a c e u t i c a lp r e p a r a t i o n sa n du r i n e s a m p l e s ( 2 ) a na m i n o b e n t h i a z o l es e h i f fb a s eh a sb e e ns v n t h e s i z e da san e wf l u o r e s c e n c e c a r r i e rb yr e a c t i n g2 - a m i n o b e n t h i a z o l ew i t hp a l l y o x y b e n z o l d o h y d e t h en e wk i n d o fs c h i f fb a s ec a d b eu t i l i z e df o rp r e p a r i n ga no p t i c a ls e n s o r u s e df o rd e t e r m i n i n g f u r a z o l i d o n eb a s e do nt h ef l u o r e s c e n c eq u e n c h i n ga m i n o b e n t h i a z o l es c h i f fb a s e i m m o b i l i z e do nag l a s sp l a t es u r f a c eb yc o v a l e n tb o n d i n gc a nc i r c u m v e n tt h e l e a k a g eo ft h ef l u o r e p h o r ef r o mt h es e n s o rs u r f a c ea n dg u a r a n t e ear e l a t i v e l yl o n g w o r k i n gl i f e t i m e t h es e n s o rs h o w ss a t i s f a c t o r yv i r t u e si nr e v e r s i b i l i t y ，r e p e a t a b i l i t y , s e l e c t i v i t ya n ds u f f i c i e n t l i f e t i m e i t sr e s p o n s et i m ei sl e s st h a no n em i n u t e t h e d e t e r m i n a t i o nr a n g ea n dd e t e c t i o nl i m i to ft h es e n s o ra r e1ox10 一10 10 m o l 1 a n d6 0 10 m o l 1 r e s p e c t i v e l y t h es e n s o rc a nb eu s e df o rd i r e c td e t e r m i n a t i o no f f u r a z o l i d o n ei np h a r m a c e u t i c a lp r e p a r a t i o n sa n du r i n es a m p l e s ( 3 ) a n o t h e rs c h i f fb a s ew a ss y n t h e s i z e db yr e a c t i n g2 - a m i n o b e n z a n t h r o n ew i t h p a i l y o x y b e n z o i d o h y d ea n du s e df o rd e t e r m i n a t i o no fi o d i n eb a s e do nf l u o r e s c e n c e q u e n c h i n g a s af l u o r e s c e n c ec a r r i e r ，t h ea m i n o b e n z a n t h r o n es c h i f fb a s ew a s i m m o b i l i z e do nag l a s sp l a t es u r f a c eb yc o v a l e n tb o n d i n g t h es e n s o rp o s s e s s e sa s h o r tr e s p o n s et i m e ，n i c er e p r o d u c i b i l i t ya n dr e v e r s i b i l i t y i o d i n ei ns o l u t i o nc a nb e d e t e r m i n e di nr a n g eb e t w e e n1 0 1 0 a n d1 0 1 0 m o l - 1 t h ed e t e r m i n a t i o nl i m i t o ft h es e n s o ri s6 0 10 m o l 一1 t h es e n s o rh a sb e e na p p l i e dt ot h ed e t t e r m i n a t i o n i ns o d i u mc h l o r i d e ( 4 ) 4 - m e t h y l 一7 - a l l y l o x y n a p h t h o 1 ，2 - b p y r a n 一2 k e t o n eh a sb e e ns y n t h e s i z e da sa f l u o r e s c e n tc a r r i e rf o r p r e p a r i n go p t i c a lc h e m i c a l s e n s o ra n du s e df o rd i r e c t d e t e r m i n a t i o no fn i t r o f u r a z o n et h ec a r r i e ri si m m o b i l i z e do naq u a r t zg l a s sp l a t e s u r f a c et r e a t e dw i t has i l a n i z i n ga g e n tt op r e v e n tt h el e a k a g eo ft h ed y e t h i ss e n s o r c a nb eu t i l i z e df o rn i t r o f u r a z o n ea s s a yb a s e do nf l u o r e s c e n c eq u e n c h i n g t h es e n s o r s h o w sg o o dr e p e a t a b i l i t y 、l o n gl i f e t i m ea n daf a s tr e s p o n s eo fl e s st h e n2 5 r a i n n i t r o f u r a z o n ec a nb ed e t e r m i n e di nt h er a n g eb e t w e e n6 0 1 0 。6t o8 0 1 0 一m 0 1 1 1 w i t had e t e c t i o nl i m i to f 4 5 1 0 - 6 t o o l1 ia t p h6 0 k e y w o r d s ：f l u o r e s c e n c ec h e m i c a ls e n s o lc o v a l e n t l yi m m o b i l i z a t i o n ，f l u o r e s c e n c e c a r r i e r , c a r b a z o l e ，s c h i f fb a s e ，n a p h t h o p y r a n i i 第一章绪论 化学传感器是当今分析化学研究中极为活跃的领域之一，近年来生命科学、 环境科学、材料科学、医学以及其它学科的发腱，对化学传感技术在二十一世纪 科学进步中发挥更为重要的作用提出了新的挑战。在下列几个方面人们对化学传 感器的研究提出了新的要求：更高的灵敏度干 i 史低的检测限：更好的选择性和更 少的物质干扰；更高的准确度和更好的精密度：更完善可信的形态分析；更高的 分析速度和自动化程度；更小的样品量、微损或厄损分析；原位( i ns i t u ) 、活 体( i nv i v o ) 、实时( r e a lt i m e ) 、在线( o i li 1 4 e ) 分析；分析器件小型化、 微型化和智能化等“。光化学传感器又称光极( o p t r o d e ) ，是由光源、光导纤维、 探头( 含固定试剂相) 及半导体探测器组成：。) 匕化学传感器是化学传感技术领 域在八十j 年代的项重大发展，目| i i 已有愈柬愈多的传感器用于临床分析、环境 监测、7 扛物分析及生命科学等领域。光化学传感播的机理和应用研究目6 u 仍在迅 速发展中，由传质过程及固定化技术引起的传感搭在响应时间、稳定性及寿命等 方面的问题均有待深入研究。本文从基f 荧光原理的光化学传感器发展现状、荧 光载体的吲定方法与应用方面对荧光传感器近年泉的发展作一概要的综述。 1 1 基于荧光原理的光化学传感器发展现状 传感器技术的研究和应用，是实现实时在线分析的重要途径。作为传感器的 一个非常活跃的研究领域，光化学传感器己逐步地用于生产过程和化学反应的自 动控制、遥测分析、新型环境污染自动监测系统、生物化学、临床医学中各种无 机物和有机物的分析、药物分析和免疫分析等，址现代分析化学的前沿领域。”。 光化学传感器是化学传感器中的一个重要分芷，虽然出现较早，但目甜仍在 不断发展中，并逐步走向实用化。荧光方法是 种高灵敏度的分析方法，具有多 信息量、选择性好、检测限低等优点，并且荧光l j 激发光可以通过波长而加以区 分，这样荧光信号特别适于光化学传感器，在分析检测方面有广泛的用途。 在各类光化学传感器中，光化学p h 传感器钊对传统p h 玻璃电极的不足作了 较大的改进，具有平衡时间快、测量动态范围宽、易于标定、测量信号稳定、便 于携带、寿命长等特点。最早的p h 光纤传感器是s a r i 和s e i t z 制作的传感器， 是利用氰脲酰氯将荧光胺固定于分枝光纤的一端做成的一种p h 传感器，单波长 测定，可测p h 范围为3 o 一6 0 。此后，p h 光纤传感器获得了进一步发展，采用 了新的荧光指示剂和新的固定方法。采用许多新的荧光指示剂如吖啶橙荧光素、 b 一甲基伞形酮、中性吖啶黄、5 ，6 一羧基萘等研制了一系列荧光p h 光纤传感 器，并在测定方法上采用双波长测定，荧光检测激发光与探测光不在同一波长， 因此可采用单根光纤，并将探头做得很小而用。e 物体内测试，甚至单细胞的测 试。近年来报道的p h 光纤传感器文献较多，如l o b n i k 等“。将氨基荧光素包 埋在由i f 硅酸甲酯和j 甲基硅酸酯经水解形成的聚合物中研制的p h 传感器。 m ic h a e lkl 等用3 7 7 4 r i m 的氨基肉基多孔玻璃吸附荧光染料，制各了微粒 传感器。c l a r kkl 等通过将荧光指示剂嵌入柴丙烯酯的微孔内( 直径2 0 2 0 0 n 1 1 ) ，制成了微传感器，可用于细胞内p h 测量。 将双波长测定的原理用于荧光传感器，可使测量中的重现性大为提高，早在 八卜年代，人们在此基础上已研制出了测定! 、a r 、z n 、c 护、n a l 、k + 等离 f 的传感器“1 | 。近年来用于离子传感的荧光传感器仍在不断发展，如k r o u s ec 等用萃取机理将份箐染料与k 萃耿到一个强。必光膜层中制备了测定k 的传感 器。k u r i h a r ak 等“。通过置于直径卜l o 纤维顶端的聚氯乙烯中的离子交换剂和 阳离子荧光染料，制备了测定n a 一的传感器。、h 、l 争。通过在光纤术端i 吸附的糊 精上固定荧光索衙生物，制备了测定c a 的微传感器。文献。“还报道了将离子 性或中性冠醚固定在阴离子聚合物薄层中制得了测定b a ! 埽口c u 的传感器。a h m a d 等。”1 通过固定二硫腙得到测定汞的传感器。v a u g h a naa 等：“3 通过固定吡咯偶 氮阳j 苯二酚制得了可测定一些重会属离子的传感器。h u b e rc 等1 用极性敏感荧 光染料渗杂在稳定的聚合物中，制得了c 光化羊传感器，用于测定海水中盐度。 用类似的方法还制得了n o ：i 传感器“l 。 此外尚见渚报道的还有基于竞争结合原理测定葡萄糖的荧光传感器：”：， a p p 【e t or b 等以光致电子转移材料制备的测定总糖的传感器1 ”一，以荧光猝灭为 基础的测碘的传感器、。| 1 。? 。 自从将茚：酮涂在波导管臂制成基f 光吸收的光纤氨气气敏传感器首先报道 以来，已报道了数十种光纤气敏传感器，用于洲、c 0 。s o 。o 。h ，0 、c h 、h ，s 、 h c n 、h c i 、n o ! 、c o 等气体的测定。光纤s o ! 气敏传感器的检测方法与n h 。基本相 同，其中有采用荧光法及荧光猝灭法来进行检测的，有关的文献报道尚少。c o ， 的检测般采用灵敏度较高的荧光法，这是因为二氧化碳与水结合后，生成的碳 酸酸性很弱，+ 采用其它方法的灵敏度较低。e ur ( 1 u t e r g 等。”用含8 一羟基芘一l ， 3 6 - = 磺酸基的乙基纤维素膜可以测定海洋环境中的c o ，：此外还有几种见于 文献的c ( ) ，传感器、“= 。绝大多数氧气的测定是利用荧光物质的猝灭效应。“1 ， 其最大优点是比电化学传感器有更宽的动力学响应范围和更快的响应时i 日j ，有的 响应时间仅为1 毫秒。李伟等人。”1 将芘丁酸固定在三醋酸纤维素中，利用氧气 对芘丁酸的荧光猝灭作用制得了在线监测海水中溶解0 ：的传感器。m e u d o z aea 等- ”。用固定在透明多孔材料上对氧敏感物质制成光极，可实时监测环境中的1 0 以内氧气的含量。p e t 8 r s o n 等将双丁基芘荧光染料吸附于苯乙烯和二乙烯基苯 共聚物上并将之固定在光纤末端，可用于血液中氧分压的测定。s u z u k ih 等“4 ： 还研制出了一种可同时测量细胞内p h 、p o 。和pc 【) ，的光极。c a r t e r m t 等- ”，用 氧杂蒽和曼苯基甲烷染料作涂层可用于测定肼类、胺类和氨气。b a r k e r s l 。 等使用对气体有较好选择性的细胞色素( 有内源髭光) 或由荧光标记的细胞色素 c7 来测定、o ：b a r k e r s l 等”j 还用附着在胶体金上的荧光素衍生物制备了基 于荧光猝火的n 0 传感器。g r a n t s a 等州固定在s i 0 ，溶胶一凝胶中的 r u ( b p y ) ：j c l ，作为指示剂，可测定数百p p m 范的n o ，。r a i m a n d o j m 等“用 含结晶紫的n a f i o i l 膜柬测定水分的湿度传感器：g u p t a b d 等汪”。用固定在膜上 的钉金属配合物可用于测定有机溶剂中的水分。 s h r lf f 1 a k elc 等”。用包埋苯荧葸的聚乙烯醇膜可测定芳香族硝基化合 物，如，7 - 硝基酚等。李新霞等人”。用共价芘r 峻膜，利用荧光猝灭原理可测定 芦丁浓度。c u u mbm 等”3 。用包含荧光基团的伽酸化合物制各了测定溶液中总 糖度的传感器。m o h rgj 等”| 。用共价固定在聚合物薄膜上的荧光活性物质可测 定溶液中r 胺的浓度。文献。“l 还报道了两种以四氧杂四烯衍生物为荧光指示 剂的传感器，分别可测定苯酚和钼酸根离子。 今后光化学传感器的发展方向，主要包括jr 发廉价、具有竞争力、实用的传 感装置；寻找高灵敏度、高选择性、稳定可逆的指示剂或染料，探索新的染料载 体及试剂固定方法：研究和制作多功能传感器，探索在单根光纤或少数几根光纤 上实现多参数同时检测，制成实用的小型多功能光纤检测仪器：以及开发高效专 一、实时、在体检测的光纤生物探针等。 目前荧光传感器在各种化学传感器中的研究l 作相对较多，无论理论上还是 实践上对化学传感器的发展都有较重要意义。i m 荧光载体显然是荧光传感器发展 的一个关键，寻找能够被共价固定、具有高灵敏度、高选择性且稳定性好、可逆 性好的荧光载体，是一个非常有意义的研究领域。 1 2荧光指示剂的固定方法及合成研究 1 2 1 荧光指示剂的固定方法 荧光指示剂的固定是光化学传感器研究中最重要的步，因为在光化学传感 器的研制中，无论哪一种荧光载体，首先就需将其固定在玻片或光纤头上，而固 定的方式直接影响传感器的性能，如传感器的寿命、可逆性、重现性、响应时间 及光极膜的机械性能等。传感层不仅要对分析物作出选择性识别，还要将分析物 的化学量转换成可测量的光信号。近十年来，荧光指示剂的固定化方法主要是采 用吸附、包埋和共价键合三种方式。 吸附方法是用物理和化学方法吸收荧光指示制，物理方法是通过静电作用、 氢键作用或范德华力等把指示剂固定在底物上。化学方法可利用水解反应把荧光 指示剂吸附在有机聚合物上，如用离子交换树脂a m b e r l i t ex a d ，和x a d ，固定指 _ i 剂。“，将荧光指示剂固定在磺化聚苯己烯和聚合电解质的硅上“。但是在 此类研究中，发现荧光指示剂在高聚集度的电解质中会泄漏，因此p h 荧光传感 器的发展j 采用低聚集度的电解质。在另一类研究中把荧光指示剂吸附在电子转 换质上并包埋在有机分子聚合物上。因为吸附不町避免会产生泄漏，所以这种简 单的方法并不可靠，决非荧光传感器的发展主流。 包埋是制备光化学传感器的传统方法。此方法是通过把荧光指示剂包埋在多 孔聚合底物上，比较简单可靠。多孔聚合物的制作及指示剂的固定是关键阳“ 。 固定荧光指示剂时所用的材料通常有p v c 、纤维素、n a f i o n 、阴阳离子交换树脂、 溶胶凝胶、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯和氧化铝等。 在包埋方法中，一些试剂的加入可以提高敏感膜的性能。这些辅助试剂有增凝剂， 如三氯甲烷通过减少厚度增加孔洞来减少反应时问；增塑剂如邻苯二甲酸二乙 酯、磷酸三r 酯等可增加透明度和柔韧度：增湿利如乙烯乙二酵可以增加膜的亲 水性等。在包埋方法中，可以将荧光指示剂物理地包埋于溶胶一凝胶中或将亲酯 的荧光指示剂溶于疏水聚合物材料中，一起铸膜f 玻片上，当溶剂挥发掉后，荧 光指示剂就被物理包埋在疏水的聚合物膜中。 指示剂的缓慢泄漏仍是吸附法和包埋法面临的最大的问题，因此寻找各种阻 止荧光指示剂流失的方法是发展光化学传感器的有效途径。其中最可靠的是共价 键合的方法。用此法制成的光化学传感器，般来说具有寿命长、响应速度快、 可逆性好的特点，之所以具有超长的稳定性，是由于用这种方法制备的光极膜荧 光指示剂是完全不流失的。与上述两法相比，戈价固定法具有明显的优点。 共价固定法目酊常用的方法有两种，一是通过聚合物基质上的一些特异的官 能团，如羟基、氨基、氯等活性基团与荧光指示利反应，从而将荧光指示剂通过 共价键固定在基质上，二二是将荧光指示剂做些化学修饰，在其上引入末端双键， 然后与基质单体通过反应直接共聚在光纤或玻片匕。 用第一种方法制备的传感器见诸于文献的如s c h u l m a n 等6 。将卜羟基一 3 ，6 ，8 一三磺酰基芘共价固定在氨乙基纤维素上制备的p h 传感器。c h e n 等用氨 基荧光素作为荧光指示剂与( 缩水甘油基氧丙基) 三甲基硅烷通过共价固定相连 制备的测定水中氨的传感器。z h a n g 等“。以氨堆荧光素作为荧光指示剂制得的 光化学传感器。w e f n e ft 等“将指示剂n 8 通过磺酰基与纤维素上羟基反应键合 在纤维素匕制成了两种测定p h 的光化学传感器。b r a n k 等。”在使用j 一叠氨基荧 光素为荧光指q i 剂制成了荧光p h 传感器。l o h n ik 等。“。将氨基荧光索与含异氰酸 内基三甲氧基硅烷或环丙氧基丙基三甲氧基硅烷兵价键合后制得的溶胶一凝胶光 极膜，制各了p h 传感器。n i v e n s 等将异硫氰簸酯荧光素在碱催化下与带有氨 基的溶胶一凝胶键合，制得p h 荧光传感器。川l e 1 等将异硫氰酸酯荧光素共 价崮定在用氨基硅烷化试剂修饰过的玻璃微粒上，用多孔硅微粒吸附固定联吡啶 钉络合物而制得测定p h 、0 ，的光化学传感器。jl 等“”把对p h 敏感的染料俄勒 嗣绿4 8 8 和对p h 不敏感的染料萨斯红共价固定侄带有氨基的聚苯乙烯微粒上， 呵用来测定溶菌酶p h 值。a l a r i ejp 等。“。用pc d 键合在光纤表面可用于水中 葩、j ，6 一苯并喹啉等多环芳烃的测定。x a v i p f 等1 。将三( 4 ，7 一二苯磺酰基邻菲络 啉) 一钉( t 1 ) 键合在用氨基硅烷化试剂处理过的微扎玻璃上，可用来测定有机溶剂 中低至2 0 0 p p b 的氧含量。t a n a b e 等。把丹磺酰甘氨酸一p c d 共价固定在纤维 素膜中，可用来测定多种物质如金刚烷醇等的禽遘。o u i l e r m o0 等一。j 将强荧光 染料j 一( 4 - 氨苯基) 一2 一( 2 - 毗嗪基) 一l ，卜峨唑共价偶合到氯甲基苯乙烯一二 乙烯苯聚合物上，制成了测定水、汽油中醇的传感器。 另外种常用的荧光指示剂的共价到定方法是首先将荧光指示剂单体通过化 学修饰引入供聚合的术端双键，然后与膜基质单体。起共聚反应，直接将荧光指 示剂固定在含术端双键的玻片或光纤头上。b i 述第一种方法比较，这种方法显 然更有发展前途，可以制得具有较好的机械性能微米级的光化学传感器，特别适 合活体内细胞中物质的测定。如f e r g u s o n 等1 ：悔烯丙氨基荧光素与甲基丙烯酸 羟己酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯共聚制备的光极膜，可测定5 5 - 7 j 的d h 和0 一 l o c o ，。m u n k h o l mc 等。1 通过将烯丙基荧光索j 丙烯酰胺共聚或烯丙基荧光素 与甲基丙烯酸羟乙酯共聚，将荧光指示制固定舟光纤上= ，制备的荧光传感器可测 定气体中c o 含量。m o h rgj 等盯刚用甲基丙烯酸酯单体和荧光染料e t h l 4 0 1 4 共 聚制得一种新的荧光光极膜，制备的荧光传感器能测定脂肪胺。荧光强度的变化 是由于亲核性的脂肪胺与荧光染料e t h l 4 0 1 4 中的三氟乙酰基团的作用而引起 的。j e n k i n s 等- ”。合成了具有可聚合双键的e l ，( i i i ) 配合物与苯乙烯、二乙烯苯 共聚制备了光极膜，可以测定神经毒剂索曼在水中的水解产物。h u a n g 等”“合成 了聚2 ，j 一_ 甲氧基苯二乙炔，包埋在p v c 膜中，干j 于测定邻硝基酚。c i t t e r i od 等m 1 合成了有端基双键的荧光染料k d f 0 0 l l 、k d f 0 0 2 1 、k d f 0 0 2 2 ，与乙二醇 ：甲基丙烯酸酯共聚，制备的光极膜可用于四氡呋喃中微量水的测定。 尽管共价固定化技术与包埋法比较，具有试制相较为稳定、荧光指示剂几乎 不流失、光极膜寿命长及机械性能好的优点，但是基于共价固定化技术的光化学 传感器在整个光学传感器中目前所占比率仍然较少，特别是基于荧光单体聚合的 体系则更少，这主要是因为合成荧光单体较其它山法要复杂得多，在实际操作中 比较困难，要考虑合成时的反应条件，产品的鉴定、分离、纯化等因素，研究者 需具有较高的有机合成技巧。 在光化学传感器的应用中，试剂的洗脱与比分解严重影响传感器的使用寿 命，尤其在用激光光源时，光分解现象更为严重。因此合成带有可供聚合的端基 舣键、灵敏度高、选择性好、对光稳定、高量f ，1 率、具有新的传感机理的荧光 指示剂，对于荧光化学传感器的发展具有十分重要的意义。 122 荧光指示剂的研究与应用现状 在荧光化学传感器的的研制中，寻找合适的荧光指示剂无疑是最重要的。为 了寻找具有高灵敏度、高选择性且稳定性好、a j 逆性好的荧光指示剂，研究者己 做了大量探索性的开拓【作。下面分别对近年来皓于包埋和共价固定荧光指示剂 的研究和应用做“综述。 在将荧光指示剂包埋的p h 传感器中，文献报道的荧光指示剂有g r a n ts a 等包埋在溶胶一凝胶中的半苯并罗丹明一l 一羧酸献：s o n ga 等包埋于聚酰胺中 的j ( 6 ) 一羰基萘并荧光素“1 ：k o s c hu 等包埋f 聚氨基甲酸乙酯中的三( 4 ， 1 1 一二苯基联吡啶) 一钉( i i ) 和溴百里酚蓝：l i e b s c h 等包埋于聚氨基甲酸 乙酯中的三t 4 ，7 一一苯基邻菲罗啉) t ，( 1 1 ) 及荧光素卟3 l ：l i u 等包埋于聚 苯乙烯吡啶翁中的异硫氰酸酯荧光素衍生物；、l i 等包埋于聚甲基丙烯酸羟乙 酯中的半苯并岁丹明一卜羧酸盐、俄勒冈绿b a p t l ，；c a j l a k o v i c 等包埋于聚 乙烯醇、溶胶一凝胶共聚物的荧光裂“：m i s r av 等包埋于n a f i o n 中的嘧啶黄素， 罗丹明6 g - ”：；j in wj 等包埋于溶胶一凝胶中的6 溴一2 萘酚磺酸盐和2 一溴代酚 与0 一c d 包和物等”。 基于包埋的湿度传感器中，所用的荧光指示剂有罗丹明6 g “、磺化罗丹明 1 0 l _ ”1 和汞溴红等”。 气体传感器中，基于包埋的0 ：传感器所用的荧光指示剂有用p v c 包埋的 p d ( i i ) 、p t ( i i ) 卟啉络合物。“和三( 4 ，7 - 二苯基一1 ，i o - 邻菲咯啉) 钉( i i ) ”“； 用聚丙烯酰胺包埋的三( 4 ，7 一二苯基一1 ，1 0 一邻菲咯啉) 钉( i i ) ”3 ：用溶胶一 凝胶包埋的八乙基卟啉铂( i i ) 。“。；用聚四氯已烯、聚苯乙烯包埋的八乙基卟 啉铂( i i ) 、钯( i i ) 、钉( i i ) ：用聚乙二醇甲基丙烯酸酯用八乙基卟啉铂( i i ) 、 钯( i i ) 、钉( i i ) 。“；用甲基丙烯酸三氟乙烯酯和甲基丙烯酸异丁酯聚合物包 埋的八乙基卟啉一铂( i i ) 、钯( i i ) 。”：用氧化州包埋的四苯基卟啉钯( i i ) i ”。； 用溶胶一凝胶包埋的三( 4 ，7 一二苯基邻菲罗啉) 钉i i ) ”6 ；用, n a f i o i l 包埋的水 溶性卟啉一铂( i i ) 、钯( i i ) 、钉( i i ) z ：l u ：用厶基纤维素、乙酸丁酯纤维素包 埋的八乙基卟啉一铂( i i ) 、钯( i i ) “”；用聚苯乙烯包埋的四氟苯基酞菁氢氧 化铝等。“。测定n o ! 和n h 。的有用p v c 包埋的罗付明、罗丹明b 十八烷基酯磷酸 盐。 测定有机物和药物的传感器中，所包埋的荧光指示剂也有很多种。如用 c h e l e x i ( 】( ) 树脂包埋的e u ( 1 1 1 ) 一氟乙酰丙酮”f ut h e le x 1 0 0 一e u ( i i i ) ”，分别 用来测定苦味酸和四土不素：用尼龙包埋的3 一羟基一n 一2 。双苯基一2 一萘羰基甲酰制 成的传感器可测核酸“”；用聚丙烯酸羟乙酯包埋的三( 4 ，4 - 二羰基一2 ，2 - 双吡 啶) 钉( i i ) 六氧磷酸盐可测甲醇。”“l ；用聚甲堆硅氧烷、聚甲基丙烯酸酯等包 埋的耐尔红可测乙酸戊酯、丙醇、丁醇、苯、甲苯、二甲苯“”1 ；用三乙酸纤维 素包埋的芘丁酸可测呋哺妥因“”“：用p v c 、：j 一2 一乙基己基磷酸酯包埋的茈四羧 酸酰双亚胺可测脂肪和芳香醛酮“。“；用p v c 包埋的2 ，6 一二氧一异丁基一0 一c d 、 四苯基卟啉可测脂肪酸“。：用p v c 包埋的四苯壮卟啉一锰( i i ) 町测小檗碱。”j ： 用p v c 包埋的桥联四苯基卟啉一四苯基卟啉钴( i i ) 可测组氨酸“州；用p v c 包埋 的、，n 一：苯基一3 ，3 ，j ，j - 四甲基联苯胺可测一、 ：硝基酚“o 。 基于包埋的测定离子的荧光传感器中，已报道的荧光指示剂有用p v c 包埋的 俐尔蓝衍生物“以及四苯基卟啉、杯芳烃。“”，u ，测n a ：用聚酯、2 一氰基十二 烷基苯酯包埋的份菁5 4 0 钠盐可测k 。“；用o h p v c 包埋的十四烷基1 4 一冠一4 ， 十八烷基二溴荧光素，可测l i “j ：测n h 的有用水凝胶包埋的份菁5 4 0 ： 测c d ，z n 的有用赛璐玢包埋的葸衍生物。1 ”；测a l 。+ 的有用苯乙烯、二乙烯苯 交联共聚物包埋的l ，2 ，4 一三羟基一葸醌l i i3 ：i j f l 0c u 。的有用阴离子交换颗粒包埋 的荧虾黄。；测h g 的有用p v c 包埋的四苯挂卟啉以及桥联双卟啉“ ”；测n o f 的有用p v c 胶包埋的十八烷基嘧啶橙”以及用聚乙烯醇、丙烯酸十二酯和环已 二醇二丙烯酸酯聚合物包埋的耐尔蓝衍生物等。 基于共价固定的荧光传感器，由于将荧光指示剂通过共价键结合在敏感膜 上，使之不流失，与包埋法相比具有不可比拟的优点，所用的荧光指示剂已见诸 文献报道的如在p h 传感器中，有固定在丙烯酰胺、n ，n 一亚甲基双丙烯酰胺上的 内烯酰胺基荧光素。“；有分别固定在聚乙烯醇和坏丙氧基溶胶凝胶上的氨基荧 光素- ”“：有固定在纤维素上的p h 指示剂；固定在聚甲基丙烯酸羟乙酯 上的j 一叠氨基荧光素“! ；有固定在氨乙基纤维豢上的卜羟基一3 ，6 ，8 一三磺酰基 芘“、：有固定在氨基溶胶一凝胶上的异硫氰酸酯荧光素“ ：有固定在玻璃微粒、 多孔硅上的异硫氰酸酯荧光素、联吡啶钉络合物。：有固定在氨基聚苯乙烯微 粒上的俄勒冈绿4 8 8 、萨斯红。1 ；有固定在羧基聚苯乙烯微粒上的荧光素、四甲 基罗丹明标记的磷脂等。! 。 在测定有机物、药物、气体和离子的光化学传感器中，通过共价固定的荧光 指示剂也何多种。如固定在环丙氧基三甲氧摹硅烷上的1 3 一c d ，可测定维生素 b 。；| 直i 定在环丙氧基三甲氧基硅烷上的0c dl f 测定芘、j ，6 一苯并喹啉等“一； 固定在甲基丙烯酸酯上的荧光染料e t h4 0 1 4 ，日j 测定脂肪胺o ；固定在苯乙烯、 ：乙烯苯上的叫聚合的e u ( 1 i d 配合物，可测定神经毒剂索曼的水解产物i “；固 定在甲摹丙烯酸甲酯、丙烯酸r 酯上的甲基肉烯酸葸甲基酯，可测定四环素、土 霉素、强力霉素“。：固定在l ，2 环己i 醇二内烯酸酯上的3 一丙烯酰氨基苯并蒽 酮，可测定水中乙醇含量。“；固定在纤维素膜e 的丹磺酰甘氨酸一0 一c d ，可测 定金刚烷醇等。：固定在甲基丙烯酸一1 3 一羟丙酯上的烯丙基荧光素。1 2 9 和1 0 一烯 丙基吖啶。j ，可分别测定苦昧酸以及有机溶剂中的水含量。此外还有固定在玻 璃微粒、多孔硅上的异硫氰酸酯荧光素、联毗i 定钉络合物，可测定p h 、0 ，】： 固定在甲基丙烯酸羟乙酯、乙_ _ 二醇二甲基丙烯酸酯上的烯丙氨基荧光素 7 t ：以及 到定在丙烯酰股、甲基丙烯酸羟乙酯上的烯内基荧光素1 “可测定c o 。等。 本实验室在荧光传感器的研究方面已做了大避工作。在荧光指示剂的共价固 定方面，刘万卉等合成了甲基丙烯酸：卜( 4 。，幔二甲氨基) 黄酮酯( d m a f m a ) ， 制成了测定盐酸的传感器| 。“。刘万卉等还合成r 甲基丙烯酸葸甲基酯，制成测 定四环素、土霉素等的传感器i ：1 2 72 。杨欣等将烯丙基荧光素与甲基丙烯酸b 一羟 丙酯在紫外光照射下共聚在玻片上做成苦昧酸荧光传感器u ”。杨欣等合成了l o 烯丙基吖啶，制得的荧光传感器可测定有机溶剂如四氢呋喃、三氧甲烷、正己烷 中水的含量1 | 。杨欣等。”还合成了3 一丙烯酰氨基苯并葸酮，与l ，2 环己二醇 二丙烯酸酯共聚可用来测定水中乙醇含量。牛承岗等合成了几种含端基双键的萘 酰亚胺( p m e a n ) 衍生化合物，并用于荧光传感器的研制。如其中用n 一丙基一4 一( n 一 甲基丙烯酰基氧乙基) 氨基一1 ，8 一萘酰亚胺为荧光指示剂，制各了苦味酸荧光光 纤传感器3 i ；以n 一烯丙基一4 一( n 一2 - 羟乙基) 氨基一1 ，8 一萘酰亚胺为荧光 指示剂，制备了呋喃妥因传感器“1 “。 由此可知，虽然迄今为止关于荧光化学传感器的文献报道比较多，但荧光指 示剂的选择范围仍相当有限。研究中涉及到的荧) 匕指示剂从种类大致可分为以下 几类：荧光素类衍生物，如氨基荧光素、丙烯酰基荧光素、丙烯酰胺基荧光素、 异硫氰酸酯荧光素、烯丙氨基荧光素、荧光素异硫氰酸酯葡聚糖等：和荧光素属 f 同一类化合物的罗丹明衍生物，如半苯并罗门明一卜羧酸盐、半萘并罗丹明一l 羧酸酯、岁丹明6 g 、磺化罗丹明1 0 l 等；金尉i i | r l 合物，如金属离子与口i - 啉或邻 菲罗啉等配体形成的配合物，有八乙基i ：1 h 啉铂f 】1 ) 、八乙基卟啉钉( 1 i ) 、八乙 基卟啉钯( i i ) 、四苯基卟啉钯( i i ) 、- z ( 4 ，7苯基一1 ，t o - 邻菲咯啉) 钉( i i ) 、 吡啶钉( i i ) 络合物、7 一碘一5 一磺酸基一8 羟基哮啉一铝( i i i ) 、三( 4 ，7 一二苯基邻 菲罗啉) 钉( i i ) 、三( 4 ，7 一：二苯磺酰基邻菲罗啉) 钉( i i ) 、e u ( i i i ) 配合物等 多 环芳烃及其它能发荧光的有机化合物如卜羟基， ，6 ，8 - 三磺酰基芘、汞溴红、b c d 等。t 述这些化合物常被用于荧光传感器的研制。 在目6 u 所应用的荧光指示剂中，有些光稳定性不是很好，特别是当用激光激 发时，会有光漂白现象产生而缩短传感器的寿命。有些斯托克斯位移比较小，常 常会导致相对较高的背景噪声。有些选择性小好，其它物质对被测定组分有干扰。 所以寻找灵敏度高、选择性好、对光稳定、高量f 产率、具有新的传感机理、可 共价固定的用于光纤荧光传感器的新型荧光指_ j 制，对于光化学传感器的进一步 发展具有很重要的意义。 1 3 本论文的研究工作 本论文的研究工作主要是合成了几种含术端双键、可共价固定的新型荧光化 合物，并将此作为荧光指示剂，与其它单体在紫外光照下共聚在经过硅烷化处理 的石英或普通玻片上制成光极膜，制备了对些物质有响应的荧光化学传感器。 在带端基双键的普通玻璃或石英玻片上，荧光指_ 剂与膜基质单体( 甲基丙烯酸 羟乙酯、甲基丙烯酸一d 一羟丙酯、l ，2 一环己二醇二丙烯酸酯、