用于重金属检测的新型萘酰亚胺类荧光传感器研究

摘要

目的：设计并研制新型的基于共价固定的萘酰亚胺衍生物的荧光传感器,用于汞离子和铁离子的检测,并考查其分析性能及适用性。
　　方法：在实验室现有的荧光传感器用于重金属离子传感的研究基础上,并参考大量相关文献,设计并合成出三种萘酰亚胺衍生物化合物作为传感器的荧光载体,通过 1HNMR 进行分子结构确认。然后采用共价固定的方法将荧光载体固定到活化玻片的表面,构建出了一种高选择性的萘酰亚胺类 Hg2+荧光传感器和两种高选择性的萘酰亚胺类 Fe3+荧光传感器。利用荧光分光光度计与紫外分光光度计对这三种荧光传感器分别用于 Hg2+和 Fe3+传感的分析性能进行了研究,从 pH 环境、灵敏度、选择性、络合模式、重现性、可逆性、响应时间及稳定性和使用寿命等方面进行考查。并进行了初步的实际样本应用的研究。
　　结果：(1)研制了一种基于共价固定萘酰亚胺衍生物的汞离子荧光传感器。传感器荧光发射强度随 Hg2+离子浓度的增加而增强,构成了选择性检测汞离子的基础。为了构建此传感器,我们合成了一种带有末端双键的萘酰亚胺衍生物作为荧光载体,通过紫外光聚合作用将带有末端双键的荧光载体化合物与甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA)发生聚合,并共价固定到经过处理的石英玻璃表面,共价固定有效地阻止了荧光载体从敏感膜中流失,使传感器具有相对长的使用寿命。该Hg2+传感器具有可逆性好、选择性高、响应速度快、能在100%的水溶液中测定等优点。该传感器对Hg2+的线性响应范围为6.0×10-6-2.0×10-4 mol/L,检测下限为2.0 ×10-6 mol/L, pH的工作范围为4.00-7.50。该传感器对水样中汞离子回收率进行测定,结果令人满意。(2)对高选择性 Fe3+荧光传感器的构建和分析性能进行了讨论。为了构建这个传感器,先合成了带有末端双键的萘酰亚胺衍生物,并通过紫外照射使其与甲基丙烯酸羟乙酯在活化石英破片表面发生聚合。在 25 ℃下加入Fe3+的0.05 mol/L Tris-HCl(pH 6.02)的溶液,光学传感器的荧光强度减弱,以此作为选择性检测Fe3+的基础。该传感器可以应用于Fe3 +的定量检测,线性范围响应范围为1.0×10-5-1.0×10-3 mol/L,检测下限为4.5×10-6 mol/L。实验结果表明：在pH 5.00-8.00时,传感器荧光强度不随pH变化而变化,而且其它阳离子如碱金属、碱土金属和过渡金属离子等不干扰 Fe3+的测定,该传感器对 Fe3+表现出高的选择性。此外,该传感器重现性和可逆性令人满意,而且响应迅速。该光极膜至少有两个月的使用寿命。方法的准确度和精确度经1000 ug/ml铁单元素标准溶液(溶液介质：1.0 mol/L HNO3)的验证。该传感器应用于药物制剂样品中铁含量的检测,结果令人满意。(3)在本章,我们研制构建了一个高选择性的 Fe3+荧光传感器,并对其分析特性进行了分析。为了构建该传感器,我们合成了一种带有末端双键的萘酰亚胺衍生物化合物6,并通过结构确认,然后在紫外照射下使其与甲基丙烯酸羟乙酯共价固定在活化石英玻片表面。当 Fe3+存在时,敏感膜的荧光载体与与Fe3+之间络合形成基态复合物,导致电子转移或者电子能量转移从而传感器的荧光强度减弱淬灭,这构成了选择性检测Fe3+的基础。该传感器可以应用于Fe3 +的定量检测,线性范围响应范围为4.0×10-6-1.0×10-3 mol/L,检测下限为5.9×10-7 mol/L。实验结果表明：在pH 4.00-12.00时,传感器荧光强度不随pH变化而变化,且表现出对Fe3+高的选择性。此外,该传感器重现性和可逆性令人满意,而且响应迅速,有相对较长的使用寿命。该传感器应用于检测中草药怀菊花、怀牛膝、怀山药和怀地黄中Fe含量的测定,并与原子吸收法测定结果对比,结果令人满意。
　　结论：设计出三种新型的基于萘酰亚胺衍生物的Hg2+和Fe3+荧光传感器。实验研究结果表明：这三种新型荧光传感器分别用于 Hg2+和 Fe3+检测具有选择性好、灵敏度高、线性范围宽、工作pH接近中性、操作过程简单、检测成本低等优点,易于实现实时和在线分析,并可以在100%水相环境中进行检测。在初步分析应用中可实现对实际样品中的 Hg2+和 Fe3+进行有效的检测。这三种新型的荧光传感器在实际应用中对Hg2+和Fe3+的检测将具有较大的发展前景。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

前言

第一章 基于共价固定萘酰亚胺衍生物的高选择性Hg2+荧光传感器研究

1 引言

2 实验部分

3 结果与讨论

4 小结

第二章 基于萘酰亚胺-水杨酸类衍生物的Fe3+荧光传感器研究

1 引言

2 实验部分

3 结果与讨论

4 小结

第三章基于萘酰亚胺-氨甲基吡啶类衍生物的Fe3+荧光传感器研究

1 引言

2 实验部分

3 结果与讨论

4 小结

结果与讨论

参考文献

致谢

附录