新型罗丹明类衍生物Hg2+荧光探针的合成与分析应用

摘要

汞是一种存在于自然界中毒性很强的金属元素，它可导致严重的环境污染，汞一旦被人体吸收，就会引起中枢神经系统、肾脏以及内分泌系统的疾病。另一方面，由于人为因素或者自然因素，无机汞被大量释放到自然环境中，进而通过水生微生物的甲基化将其转化为有机汞。由于有机汞能容易地通过生物膜，所以有机汞比无机汞危害更大。甲基汞就是一种典型的有机汞，它能引起人体心血管疾病、失聪、失明甚至死亡。因此，及时灵敏地、高选择性地检测Hg2+对环境保护及人类健康有重大意义。
　　 荧光检测法由于具有操作简单，数据收集简单、重现性好等特点，而广泛应用于Hg2+的测定，罗丹明B及衍生物是一类著名的荧光染料，它具有荧光量子产率高、消光系数高、激发和发射波长较长等特点，被广泛地用于金属离子及生物活性物质的测定，但也存在着光稳定性不够、选择性不强等缺点。本论文根据软硬酸理论及前人的工作成果，在探针中引入了对Hg2+具有更强亲和性的硫，制备了罗丹明B硫酰肼，并设计合成了三种的罗丹明硫酰肼的衍生物荧光探针，并对其结构进行了相关的表征。探针用于Hg2+荧光光谱法检测，发现其具有更宽线性范围及很好的选择性、灵敏性和可逆性。
　　 本论文主要工作如下:
　　 (1)设计合成了探针分子3'，6'-双（二乙氨基）-2-（（4-氟基苯亚甲基）氨基）螺[异吲哚-1，9'-氧杂蒽]-3-硫酮(RBS1)，利用红外光谱、元素分析、核磁等方法对探针结构进行了表征。探针溶液本身荧光很弱，与Hg2+结合后荧光显著增强。检测的适宜条件为:pH4.5，反应时间25 min。Hg2+浓度在5.00×10-9 mol/L-1.00×10-6 mol/L的范围内线性相关系数为0.9997，检出限为1.93×10-9 mol/L。该方法对河水及土壤样品进行Hg2+加标回收实验，标准回收率分别为102.22％和94.24％。结果显示，该探针具有较高的的选择性和灵敏度。
　　 (2)合成了一种可逆的Hg2+荧光增强型分子探针3'，6'-双（二乙氨基）-2-((2，4-二甲氧基苯亚甲基)氨基）螺[异吲哚-1，9'-氧杂蒽]-3-硫酮(RBS2)，利用红外光谱、元素分析、核磁等方法对探针结构进行了表征。探针溶液本身荧光很弱，与Hg2+结合后荧光显著增强。优化了测定条件:在pH4.5，反应时间25 min条件下，Hg2+浓度在5.00×10-9 mol/L-1.00×10-6 mol/L的范围内线性相关系数为0.994，检出限为1.83×10-9mol/L。该方法对河水及土壤样品进行Hg2+加标回收实验，标准回收率分别为104.47％和102.53％。
　　 (3)设计合成了荧光探针3'，6'-双（二乙氨基）-2-（（2-羟基-4-甲氧基苯亚甲基）氨基）螺[异吲哚-1，9'-氧杂蒽]-3-硫酮(RBS3)，利用红外光谱、元素分析、核磁等方法对探针结构进行了表征。RBS3本身荧光很弱，与Hg2+结合后荧光显著增强，建立了Hg2+测定的新方法。优化了测定条件，该方法对Hg2+测定的线性范围为5.00×10-9 mol/L-1.10×10-6 mol/L，检出限为2.82×10-9 mol/L，该方法对河水及土壤样品进行Hg2+加标回收实验，标准回收率分别为99.75％和98.07％。

目录

声明

符号说明

摘要

1 引言

1．1 分子荧光产生的原理

1．2 荧光分子探针

1．2．1 荧光分子探针的定义

1．2．2 荧光分子探针的结构

1．2．3 荧光探针性能与其结构的关系

1．3 荧光探针的设计

1．3．1 键合-信号输出法

1．3．2 置换法

1．3．3 化学计量计法

1．4 荧光分子探针的识别原理

1．4．1 光诱导电子转移

1．4．2 分子内电荷转移

1．4．3 激基缔合物

1．4．4 荧光共振能量转移

1．5 检测Hg2+的方法

1．5．1 传统检测方法

1．5．2 荧光检测法

1．6 常见的Hg2+荧光探针

1．6．1 冠醚类

1．6．2 含特殊原子非环状类

1．6．3 多胺类

1．6．4 杯芳烃类

1．6．5 氟硼二吡咯类

1．6．6 其他类型

1．7 罗丹明类Hg2+荧光分子探针的研究进展

1．7．1 罗丹明螺环内酰肼桥联类Hg2+探针

1．7．2 罗丹明内酯类及罗丹明环内酰胺桥联类Hg2+探针

1．7．3 乙撑二胺、二乙撑三胺和三氨乙基胺桥联类Hg2+探针

1．7．4 氨基硫脲桥联类Hg2+探针

1．8 本论文的研究背景及内容

2 材料与方法

2．1 仪器与试剂

2．2 实验方法

2．2．1 分子探针中间体的合成与表征

2．2．2 目标化合物分子RBS1、RBS2及RBS3的合成与表征

2．3 储备液的配制及样品的前处理

2．3．1 探针RBS1、RBS2及RBS3储备液的配制

2．3．2 Hg2+标准液的配制

2．3．3 Hg2+环境标准样品的配制

2．3．4 土壤样品及河水样品的前处理

2．4 测定方法

3 结果与讨论

3．1 RBS1、RBS2及RBS3的合成路线及机理讨论

3．2 荧光探针3'，6'-双(二乙氨基)-2-((4-氟基苯亚甲基)氨基)螺[异吲哚-1，9'-氧杂蒽-3-硫酮(RBS1)的合成及在Hg2+检测中的应用

3．2．1 吸收光谱

3．2．2 激发和发射光谱

3．2．3 pH的影响

3．2．4 时间的影响

3．2．5 RBS1对Hg2+检测的选择性和竞争性实验

3．2．6 线性范围及结合常数

3．2．7 RBS1检测Hg2+的可逆性及反应机理的推断

3．2．8 土壤样品及河水样品的回收率实验

3．2．9 环境标准样品的对照实验

3．3 荧光探针3'，6'-双(二乙氨基)-2-((2，4-二甲氧基苯亚甲基)氨基)螺[异吲哚-1，9'-氧杂蒽]-3-硫酮(RBS2)的合成及在Hg2+检测中的应用

3．3．1 吸收光谱

3．3．2 激发和发射光谱

3．3．3 pH的影响

3．3．4 时间的影响

3．3．5 RBS2对Hg2+检测的选择性和竞争性实验

3．3．6 线性范围及结合常数

3．3．7 RBS2检测Hg2+的可逆性及反应机理的推断

3．3．8 土壤样品及河水样品的回收率实验

3．3．9 环境标准样品的对照实验

3．4 荧光探针3'，6'-双(二乙氨基)-2-((2-羟基-4-甲氧基苯亚甲基)氨基)螺[异吲哚-1，9'-氧杂蒽]-3-硫酮(RBS3)的合成及在Hg2+检测中的应用

3．4．1 激发和发射光谱

3．4．2 pH的影响

3．4．3 时间的影响

3．4．4 RBS3对Hg2+检测的选择性和竞争性实验

3．4．5 荧光光谱及线性范围

3．4．6 RBS3检测Hg2+的可逆性及反应机理的推断

3．4．7 土壤样品及河水样品的回收率实验

3．4．8 环境标准样品的对照实验

4 结论

参考文献

论文主要创新之处

致谢

攻读学位期间完成论文情况