苯并咪唑衍生物对痕量三价铬离子和铋离子的选择性识别

摘要

金属离子对环境和生物体都具有重要意义，但当金属离子浓度较高时，就会对环境和生物体造成严重危害。建立痕量水平上对金属离子进行分析检测的技术十分必要。紫外可见分光光度法由于具备应用广泛、灵敏度和准确度高、选择性好、适用浓度范围广、仪器价格相对低廉、分析成本低、操作简便、快速等优势，而被广泛应用于金属离子的检测中。　　苯并咪唑衍生物不仅具有良好的生物活性和药理活性，还可对分子和离子进行识别。例如，苯并咪唑环上的氮原子可与金属阳离子发生络合，形成稳定性较好的苯并咪唑金属配合物。因此，被广泛应用于金属离子的识别。　　本论文设计合成了五种苯并咪唑衍生物，发现它们能够选择性地识别Cr3+或Bi3+离子。研究内容包括以下两个方面：　　（1）苄基官能团化的苯并咪唑配体对Cr3+识别性能的研究　　合成了两种新型的苄基官能团化的苯并咪唑配体1-苄基-3-吡啶甲基苯并咪唑氯化物（L1）和1-苄基-3-((2-1H-苯并[d]咪唑甲基)-1-甲基)苯并咪唑氯化物（L2）。通过对分析实验条件的优化和筛选，最终确立在C2H5OH/H2O(v:v=1:1)体系中用紫外分光光度法测定铬（III）的分析方法。结果表明Cr3+与配体在207 nm处有最大吸收，在最优条件下，Cr3+-L配合物的吸光度与Cr3+浓度在0.05~2.60μg·mL?1范围内符从朗伯比尔定律，检出限分别为0.026和0.034μg·mL?1，化学计量比为1:1，结合常数分别为1.45×104和8.36×103 dm3·mol-1。两配体与三价铬之间的络合反应为放热反应，且可以自发进行。通过红外光谱与量子化学计算对配体上Cr3+的结合位点进行了推测，研究了配体结构对Cr3+络合能力的影响。并将该方法成功应用于实际样品中Cr3+含量的测定。　　（2）苯并咪唑酰腙类配体对Bi3+识别性能的研究　　合成了三种苯并咪唑酰腙类配体(E)-N'-(4-硝基苯亚甲基)-1H-苯并咪唑-2-酰腙（L3）、(E)-N'-(2,4-二氯苯亚甲基)-1H-苯并咪唑-2-酰腙（L4）和(E)-N'-(3-甲基-4-羟基苯亚甲基)-1H-苯并咪唑-2-酰腙（L5）。通过对分析实验条件的优化，最终确立在CH3OH体系中用紫外分光光度法测定铋（III）的分析方法。结果表明配体L3、L4和L5与Bi3+络合时伴有特征吸收峰红移和吸光度增强的现象。在最佳实验条件下，Bi3+-L配合物的吸光度与Bi3+浓度在0.21~6.48μg·mL?1范围内符从朗伯比尔定律，最低检测限分别为95.51、92.16和55.80 ng·mL?1。通过Job′s plot方法可知 L3、L4和 L5与 Bi3+的化学计量比为1:1。通过Benesi-Hildebrand方程式可得结合常数分别为1.42×104、1.45×104和1.47×104 dm3·mol-1。三种配体与三价铋之间的络合反应为放热反应，且自发进行。使用红外光谱与量子化学计算推测了Bi3+与配体的结合位点，研究了配体结构对Bi3+络合性能的影响。该方法在应用于水样和胃药中铋含量的检测中获得了满意的结果。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 金属离子识别的研究意义与方法

1.2 紫外-可见分光光度法概述

1.2.1 紫外-可见吸收光谱产生的原理

1.2.2 分光光度法的工作原理

1.2.3 紫外可见分光光度法的典型应用

1.3 苯并咪唑类化合物对离子的选择性识别研究进展

1.4 课题的提出与研究内容

第二章 苄基官能团化的苯并咪唑配体对痕量Cr3+离子的选择性识别

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 配体的合成

2.2.2 仪器与试剂

2.2.3 实验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 配体对Cr3+的选择性识别

2.3.2 配体与Cr3+的络合比和结合常数

2.3.3 酸度的影响

2.3.4 配体用量的影响

2.3.5 配体对Cr3+的紫外滴定光谱

2.3.6 共存离子的影响

2.3.7 溶液中配体与Cr3+相互作用的热力学参数

2.3.8 配合物红外图谱分析

2.3.9 配体对Cr3+的识别机理研究

2.3.10 样品中Cr3+含量的检测

2.4 本章小结

第三章 苯并咪唑酰腙类化合物对痕量Bi3+离子的选择性识别

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 配体的结构及合成

3.2.2 仪器与试剂

3.2.3 实验方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 配体对Bi3+的选择性识别

3.3.2 配体与Bi3+的络合比和结合常数

3.3.3 酸度的影响

3.3.4 配体用量的影响

3.3.5 配体对Bi3+的紫外滴定光谱

3.3.6 共存离子的影响

3.3.7 溶液中配体与Bi3+相互作用的热力学参数

3.3.8 配合物红外图谱分析

3.3.9 配体对Bi3+的识别机理研究

3.3.10 样品中Bi3+含量的检测

3.4 本章小结

第四章 结论

参考文献

附录

硕士期间发表的论文

致谢