基于新型荧光探针的微量元素选择性识别研究

摘要

荧光共轭聚合物探针由于其具有高灵敏性，实时性，可设计性等优点已被广泛用于有机分子、金属离子和生物分子的识别检测中。本实验设计了两种基于共轭聚合物的不同荧光探针体系，分别用于金属离子（铁离子）和生物小分子（果糖）的定量检测。
　　首先，通过转化非荧光的功能单体为荧光共轭聚合物发展了一种可用于识别和检测水溶液中铁离子的新方法。实验选用间氨基苯磺酸作为水溶性功能单体，过硫酸铵为引发剂，在铁离子催化下，将非荧光的功能单体聚合转化成荧光共轭聚合物（即聚间氨基苯磺酸），转换过程中的荧光强度与铁离子浓度呈线性关系。通过核磁、红外、紫外等技术，以及添加自由基捕获剂、改变引发剂种类等实验阐明了该反应体系的聚合机理，又考察了引发剂浓度、单体浓度、反应温度、反应时间及多种干扰离子对体系荧光强度的影响，最后考察了该体系的实际应用价值，即用于饮用水、人血清中铁离子的含量的检测。结果表明，铁离子可以活化过硫酸铵，聚合过程中起主要作用的自由基为硫酸根自由基，并且Fe2+的催化效果优于Fe3+。此体系具有高的选择性，即使在干扰离子为铁离子浓度100倍的情况下，依然是含铁离子的荧光强度增幅最大。所建立的方法具有较宽的线性范围和较低的检测限:对于Fe2+线性范围分为两部分，为5.0×10-10-1.0×10-7mol/L和1.0×10-7-1.0×10-5 mol/L，检测限为2.56×10-11 mol/L;对于Fe3+线性范围为1.0×10-7-1.0×10-5 mol/L，检测限为2.34×10-10 mol/L，其线性相关性R2都在0.99以上，能够成功的应用到饮用水和人血清中铁离子含量的测定。
　　其次，本论文以间氨基苯硼酸和间苯二胺为功能单体，过硫酸铵为引发剂，在水溶液中通过自由基聚合反应，得到（间氨基苯硼酸一间苯二胺）聚合物，并用于果糖的识别检测。通过紫外、荧光对聚合物进行光谱表征，并结合pH调节、反应时间、选择性和实际样实验考察了此聚合物识别果糖的机理、线性范围、检测限和特异性。结果表明，果糖可通过自身的顺式邻二醇与聚合物链上的硼羟基相作用，并且聚合物的荧光强度随果糖浓度的增加而降低，线性范围10-7～10-2 mol/L，检测限10-8 mol/L。所建立方法能够用于饮料中果糖含量的定量检测。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 荧光探针

1．1．1 荧光的概述

1．1．2 荧光探针的优点及设计原理

1．2 共轭聚合物荧光探针

1．2．1 共轭聚合物作为荧光探针的优点

1．2．2 共轭聚合物荧光探针信号放大机理

1．2．3 共轭聚合物荧光探针的种类

1．3 共轭聚合物荧光探针的研究进展

1．3．1 荧光共轭聚合物在有机小分子检测中的应用

1．3．2 荧光共轭聚合物在金属离子检测中的应用

1．3．3 荧光共轭聚合物在生物分子检测中的应用

1．4 本课题研究内容和意义

2 材料与方法

2．1 化学试剂及原料

2．2 实验仪器

2．3 荧光探针用于铁离子的识别与检测

2．3．1 间氨基苯磺酸共轭聚合物的制备

2．3．2 间氨基苯磺酸共轭聚合物的红外表征

2．3．3 间氨基苯磺酸共轭聚合物的核磁表征

2．3．4 间氨基苯磺酸共轭聚合物的荧光表征

2．3．5 铁存在下荧光探针体系的荧光变化实验

2．3．6 铁存在下荧光探针体系的紫外变化实验

2．3．7 荧光探针体系中自由基作用机理实验

2．3．8 荧光探针体系建立逻辑门的实验

2．3．9 荧光量子产率的计算

2．3．10 荧光探针体系条件优化实验

2．3．11 二价铁离子和三价铁离子标准曲线的绘制实验

2．3．12 荧光探针体系选择性实验

2．3．13 饮用水和人血清中铁离子含量检测实验

2．4 聚(间氨基苯硼酸-间苯二胺)制备及测试

2．4．1 聚(间氨基苯硼酸-间苯二胺)制备

2．4．2 聚(间氨基苯硼酸-间苯二胺)光谱实验

2．4．3 pH对聚合物检测果糖的影响实验

2．4．4 聚合物与果糖作用时间的影响实验

2．4．5 聚合物对果糖识别的选择性实验

2．4．6 聚合物荧光强度与果糖浓度关系实验

2．4．7 聚合物用于实际样中果糖含量检测的实验

3 结果与讨论

3．1 荧光探针用于铁离子检测

3．1．1 荧光探针体系对铁离子识别与检测

3．1．2 铁离子存在下荧光探针体系的紫外变化

3．1．3 间氨基苯磺酸共轭聚合物的红外表征

3．1．4 间氨基苯磺酸共轭聚合物的核磁表征

3．1．5 间氨基苯磺酸共轭聚合物的荧光表征

3．1．6 荧光探针体系的自由基作用机理

3．1．7 基于荧光探针体系的逻辑门

3．1．8 荧光量子产率的计算

3．1．9 荧光探针体系条件的优化

3．1．10 二价铁离子和三价铁离子标准曲线的绘制

3．1．11 荧光探针体系的选择性讨论

3．1．12 饮用水和人血清中铁离子含量的检测

3．2 聚(间氨基苯硼酸-间苯二胺)识别果糖的结果与讨论

3．2．1 聚(间氨基苯硼酸-间苯二胺)对果糖的识别

3．2．2 聚(间氨基苯硼酸-间苯二胺)的紫外光谱与荧光光谱

3．2．3 pH对聚合物检测果糖效果的影响

3．2．4 聚合物与果糖作用时间的影响

3．2．5 聚合物相对荧光强度与果糖浓度的关系

3．2．6 聚合物对不同种类糖的作用效果

4 结论

5 展望

参考文献

7 攻读硕士期间发表论文情况

致谢

附录