金属离子在冠醚化合物为载体的液膜体系中传输的研究

液膜分离是近年才发展起来的一种新分离技术^[1]。早在1968年Tosteson^[2]就已观察到冠醚化合物在人造膜中对K⁺、Na⁺离子的选择性与天然大环化合物在细胞膜中的作用具有共同之处。Cussler^[3]曾测定了DB-18-C-6为载体的液膜中一些金属离子的传输通量。Lamb^[4]比较了以DB-18-C-6、DT-18-C-6及DKP-18-C-6为载体的氯仿液膜中Pb²⁺/Na⁺、Pb²⁺/Ca²⁺、Pb²⁺/Fe³⁺、Pb²⁺/Zn²⁺的选择比。     

杂元素冠醚研究(Ⅻ)──氧、硫、硒和碲杂冠醚的液膜迁移性能比较

报道了碲杂冠醚(TeB15C5)对Na⁺、K⁺、Ag⁺和Pb²⁺的液膜迁移能力,并与相应的全氧冠醚(B15C5)、硫杂冠醚(SB15C5)和硒杂冠醚(SeB15C5)作了比较;同时以SeB15C5对K⁺的迁移为例考察了冠醚浓度和盐浓度对迁移速率的影响,结果表明,TeB15C5对Na⁺、K⁺和Pb²⁺的迁移能力比SB15C5和SeB15C5强,但对Ag⁺的迁移速率比后两者慢;SeB15C5对Ag⁺的迁移速度比SB15C5快,两者对Ag⁺的选择性都相当高,可以用来分离和回收银等贵重金属。     

杯[4]单硫(硒)杂冠-5的合成及其对金属离子的识别性能研究

从简单无机硫、硒化合物直接合成冠醚环上含硫、硒杂原子的杯[4]单硫杂冠-5及杯[4]单硒杂冠-5;化合物的结构经¹HNMR、MS及元素分析确证.并研究了它们对Na⁺,K⁺,NH⁴⁺,Co²⁺,Ni²⁺,Ag⁺及Hg²⁺的两相萃取性能,发现其对Ag⁺、Hg²⁺有较好的识别能力.     

金属组学在急性心肌梗死早期诊断的应用

为探讨急性心肌梗死(AMI)患者血清中K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺含量变化,并研究其与心肌梗死患者之间的关系。选取2022年5月至2023年2月收治的AMI患者37例,同时选取健康体检者35例作为对照组。依据入院时或体检时收集的抽血样本进行临床生化分析,比较两组间血清K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺含量,采用判别方程、主成分分析法(PCA),判断分析哪种金属离子对于心肌梗死的诊断价值大。结果表明,AMI患者的血清中Ca²⁺和Fe²⁺含量低于健康对照组,差异具有统计学意义。基于血钙、铁水平两组具有显著性差异,以它们为基础进行判别分析,获得判别函数式。将血清中K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Mg²⁺     

含噁二唑大环冠醚的合成、 结构及金属离子识别性能

合成了含有1,3,4-噁二唑基团的大环冠醚: 2,3,11,12-二苯并-4,7,10,16-四氧-14,15-二氮杂双环[11.2.1]-十六烷-13,15-二烯(2)、 2,3,14,15-二苯并-4,7,10,13,19-五氧-17,18-二氮杂双环[14.2.1]-十九烷-16,18-二烯(3)和2,3,17,18-二苯并-4,7,10,13,16,22-六氧-20,21-二氮杂双环[17.2.1]-二十二烷-19,21-二烯(4), 并培养得到其单晶; 通过核磁共振波谱、 高分辨质谱及X射线单晶衍射对其结构进行了表征. 结果表明, 冠醚2属正交晶系, Pna2₁空间群; 冠醚3属于单斜晶系, C2/c空间群; 冠醚4属正交晶系, Pbca空间群. 在3个主体化合物中均存在分子间氢键和π-π相互作用将分子连接成三维空间结构. 采用荧光光谱测定了开链冠醚2,5-二[2-(2-甲氧乙氧基)苯基]-1,3,4-噁二唑(1)和不同环空腔大小的噁二唑冠醚(2~4)对金属离子Li ⁺, Na ⁺, K ⁺, Rb ⁺, Mg ²⁺和Ca ²⁺的键合行为. 研究结果表明, 开链冠醚1和冠醚4对碱土金属Mg ²⁺和Ca ²⁺表现出荧光猝灭行为, 且对Ca ²⁺表现出良好的键合能力和选择性; 而冠醚2对Na ⁺和K ⁺表现出良好的键合能力, 但其Na ⁺/K ⁺的选择性较差.     

金属阳离子对聚丙烯酰胺溶液黏度的影响及其降黏机理研究

聚丙烯酰胺(HPAM)是油田常用的驱油聚合物,用油田污水配制HPAM溶液易导致其黏度明显降低,影响驱油效果。依据埕东油田污水实测的各种金属阳离子含量来配制HPAM溶液,测得各金属阳离子对其黏度影响由大到小的顺序为:Na⁺>Fe²⁺>Ca²⁺>K⁺>Mg²⁺;通过红外光谱和扫描电镜分析金属阳离子导致HPAM溶液降黏的机理,Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺主要是通过与HPAM链上的羧酸根阴离子静电引力相互作用,降低HPAM分子表面原有的电荷密度,造成分子链卷曲,同时减弱了极性基团的溶剂化能力,释放大量的"束缚水",从而使黏度显著降低;Fe²⁺离子主要是与水中溶解氧共同作用,引发自由基反应,导致HPAM骨架水解断裂,致使黏度显著降低。     

电解质水溶液结构研究进展及前景*

叙述盐湖中主要离子Li⁺ 、Na⁺ 、K⁺ 、Mg²⁺ 、Ca²⁺ 、Cl^- 、SO^2-₄ 、NO^-₃ 的水溶液和纯水的结构, 简单介绍了主要的研究方法, 分析讨论了溶液结构研究的现状和发展前景。     

N,N-二甲基吡啶苯甲醛缩对二甲氨基苯甲酰腙的合成及对Cu2+的选择性识别

设计合成了可用于识别铜离子的化合物N,N-二甲基吡啶苯甲醛缩对二甲氨基苯甲酰腙(1), 通过¹H NMR, ¹³C NMR和MS等对其结构进行了表征; 采用荧光光谱和吸收光谱法研究了化合物1与金属离子间的相互作用. 结果表明, 化合物1对Cu²⁺ 呈现良好的选择性, Cu²⁺ 的加入使化合物1的荧光强度增强12.5倍, 加入其它金属离子如Fe³⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, Hg²⁺, Cd²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Li⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 和 Ag⁺, 仅引起化合物1荧光强度的微降. 采用双倒数线性回归拟合法计算可知, 化合物1与Cu²⁺ 形成了1: 1型强发光配合物, 结合常数为2.0×10⁷ L/mol.     

两种臂式荧光氮杂冠醚化学传感器

合成了萘基臂式苯并氮杂15-冠-5 (3)和5-氯喹啉基臂式苯并氮杂15-冠-5 (4)两种荧光化学传感器, 由元素分析、NMR等进行了结构表征|在乙醇溶剂中采用紫外光谱和荧光光谱法分别研究了冠醚3和4对金属离子K^＋, Ca^2＋, Mg^2＋, Pb^2＋, Co^2＋, Ni^2＋, Mn^2＋, Cu^2＋, Zn^2＋, Cd^2＋和Hg^2＋的选择性传感性能. 结果表明, 冠醚3仅对Cu^2＋离子有显著的传感作用, 是一种典型的辐射能量转移过程. 冠醚4对Ni^2＋, Co^2＋, Cu^2＋和Mn^2＋离子有特殊的敏感性, 金属离子浓度逐渐增大使冠醚4产生先增强后猝灭的荧光现象, 荧光增强归因于阻断了从冠环氮原子到喹啉荧光体的弱光诱导电子转移(PET)过程, 而选择性猝灭源于冠醚环与喹啉基团对金属离子协同螯合的机制. 冠醚3和4的构性关系表明, 发光体基团对传感器的选择性能够产生重要的影响.     

气相中碱金属离子与丝氨酸、 亮氨酸和赖氨酸五肽复合物的裂解反应

为了探索金属离子对含有不同侧链的多肽气相解离的影响, 采用质谱法研究了碱金属离子Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺和Cs⁺分别与丝氨酸、 亮氨酸和赖氨酸五肽(分别简写为S5, L5和K5)形成的复合物的裂解反应. 质谱定性结果表明, 5种碱金属离子均可以在气相中与丝氨酸、 亮氨酸和赖氨酸五肽形成配合比为1∶1 和2∶1的非共价复合物; 竞争反应结果表明, 随着碱金属离子半径的增加, 它们与3种五肽的结合能力逐渐减弱. 质谱定量结果表明, K⁺与丝氨酸、 亮氨酸和赖氨酸五肽复合物的结合常数分别为8.94×10⁴, 2.83×10⁴和2.50×10³ L/mol, 表明K⁺与五肽复合物的结合强度按照丝氨酸、 亮氨酸和赖氨酸的顺序依次减小. 含不同侧链碱金属离子-五肽复合物的碰撞诱导解离结果表明, 复合物的碎裂主要发生在骨架上, 丝氨酸五肽复合物最易碎裂, 亮氨酸五肽复合物其次, 赖氨酸五肽复合物则较难碎裂, 且3种复合物的侧链断裂情况也呈现明显差异. 此外, 研究了Na⁺与亮氨酸五肽复合物所产生的碎片离子, 分析了不同离子之间的来源关系, 并以Dunbar的复合物理论模型为依据, 推测在碎裂过程中, 碱金属离子可能向五肽的碳端或氮端偏移. 质谱碎片分析结果表明, 在2∶1的非共价复合物中, 第一个碱金属离子与五肽上4个酰胺键的羰基结合, 第二个碱金属离子与五肽的羧基氧原子结合.     

糖的基质辅助激光解吸/电离质谱(MALDI-MS)研究

通过糖类化合物3种常用基质MALDI-MS分析效果的比较以及寡糖和多糖正、负离子MALDI-MS谱的对比,找到了适合糖分析的基质2,5-DHB,探讨了糖类化合物激光解吸/电离条件下形成离子的过程,指出了Na⁺、K⁺离子在寡糖分子量测定中的重要作用,借助柱层析分离手段,成功地测出了分子量大于10000的葡聚糖的分子量。     

自组装杂化离子通道膜的构筑及阳离子传输机制

以3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷和对甲氧基苯胺为原料合成了一种可以自组装形成有机-无机杂化材料的化合物--3-(脲基-4-甲氧基苯基)丙基三乙氧基硅烷. 采用FT-IR, ¹H NMR, DSC 和XRD 分析方法对该化合物的结构以及结晶性进行了表征. 将该化合物与聚乙烯醇(PVA)共混, 利用化合物的自组装性质构筑结构均一且致密无孔的离子通道杂化膜, 通过自制的膜运输实验装置测定膜对阳离子的传输性能并提出了相应的传输机制. SEM 照片显示, 自组装杂化膜致密无缺陷, 膜厚度为8 μm. 选择5 种阳离子进行运输实验测试, 结果表明, 自组装杂化离子通道膜对一价的碱金属离子Li⁺, Na⁺和K⁺有很好的传输功能, 这要归功于杂化材料中甲氧基苯基与碱金属阳离子形成的阳离子-π相互作用力. 碱金属阳离子在膜中的扩散过程可由溶解-扩散机制来解释, 结果显示, Li⁺, Na⁺和K⁺在杂化膜中传输的渗透率大小为: P_Na⁺ > P_K⁺ > P_Li⁺ , 说明本研究中的的自组装杂化离子通道膜对Na⁺有优先选择性. 杂化离子通道膜对二价的Ca²⁺和Mg²⁺没有传输作用, 此结果给一二价阳离子的分离带来很好的研究思路.     

奎宁-冠醚组合型手性固定相直接拆分氨基酸的机理

合成了一种新型奎宁-冠醚组合型手性固定相(QN-CR CSP)并用于氨基酸手性对映体的直接拆分,该固定相对12种氨基酸对映体有良好的手性拆分能力。基于氨基酸手性识别中离子交换和络合的协同作用,建立了一种新型的等温吸附模型。通过迎头特殊点洗脱法(FACP)测定色氨酸(Trp)在不同金属离子添加剂条件下的等温吸附线,验证了模型的合理性。流动相中的Li⁺、Na⁺、K⁺等金属离子与氨基酸竞争固定相中的冠醚络合位点,随着金属离子与冠醚的络合作用力和络合吸附平衡常数增大,固定相对Trp的手性拆分能力下降。该模型的建立对理解氨基酸在此类固定相中的手性保留行为以及固定相结构的进一步优化具有重要意义。     

改性氧化石墨烯去除重金属离子的分子动力学模拟

通过硅烷化反应在氧化石墨烯(Graphene oxide, GO) 表面嫁接螯合官能团N-(三甲氧基硅丙烷)乙二胺三酸(EDTA-Si), 得到改性氧化石墨烯(GO-EDTA), 采用分子动力学模拟在分子水平上研究了Pb²⁺在GO-EDTA 表面的动态吸附分布、 构象及动力学性质, 比较了Pb²⁺和单价Na⁺离子在氧化石墨烯上的吸附行为, 模拟了GO-EDTA与Ca²⁺相互作用, 与Pb²⁺的吸附行为进行了对比. 模拟结果表明, Pb²⁺和Na⁺的吸附位点是GO-EDTA 体系中的羧基, 而非氧化石墨烯表面的羟基; Pb²⁺和 Na⁺ 与羧基的吸附构象不同, 前者吸附构象以摩尔比2:1为主, 即两个羧基对一个Pb²⁺离子, 而后者更多倾向于摩尔比1:1的吸附模式, 即一个羧基对一个Na⁺离子; Pb²⁺离子相对于Ca²⁺和Na⁺离子, 形成的COO^--Pb²⁺离子对构象越过的能垒最低, 但是破坏该离子对构象时能垒较高, 表明Pb²⁺离子在氧化石墨烯膜上表现出良好的吸附性.     

离子选择性微电极用于原位测量离子扩散系数

扩散系数是描述物质扩散过程的重要参数,而用膜池法、放射性或荧光示踪法、分子动力学模拟等现有方法无法原位进行生物体系中离子扩散系数的实时测量。 本文利用离子选择性微电极响应迅速、高选择性、高灵敏度、高空间分辨率、对样品无污染等优势,通过分析单个植物细胞原生质体在培养液中破裂时所形成的离子浓度脉冲信号,建立了相应的点源扩散模型,推导出了描述离子浓度随时间变化的理论公式,并通过该公式对实验测得的脉冲信号进行拟合,得到了离子的扩散系数,从而建立了一种用离子选择性微电极原位测定离子扩散系数的新方法,并将其应用于芦荟细胞原生质体破裂时离子扩散系数的测定,得到了Ca²⁺、Na⁺和K⁺的扩散系数分别为(6.51±0.12)×10^-6、(2.93±0.15)×10^-5和(3.03±0.35)×10^-5 cm²/s。 对比发现,拟合得到的Ca²⁺、Na⁺和K⁺扩散系数均略高于已报道的数值(纯水中),这一现象的产生可能是因为原生质体是在低渗液中吸水膨胀,细胞膜内压力升高产生内外压力差,该压力差会加速细胞破裂时离子的扩散。 这一方法对生物体系无干扰,较好地解决了生物体系中离子扩散系数原位实时测量的难题。     

毛细管区带电泳同时测定化妆品中的阴阳离子

Natural Sea Beauty系列化妆品富含来自Dead Sea水中的矿物质,对皮肤有较好的治疗和滋养作用.本文采用毛细管区带电泳的技术,电迁移双端进样,5 mmol/L咪唑-2 mmol/L硝酸为背景电解质,以富马酸调至pH 4.1,UV间接测定法(214nm),在6min内同时检测了化妆品中的阴阳离子(K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、Br^-),与离子色谱法所得结果进行了对照.此方法可为鉴别不同品牌的化妆品提供一定的依据.     

碱金属离子与三肽复合物的气相裂解反应

为了探索侧链R基团对碱金属离子与多肽复合物气相裂解反应的影响, 采用电喷雾电离质谱法研究了碱金属离子Li⁺, Na⁺和K⁺分别与甘氨酸三肽(GGG)、 甘氨酰-苯丙氨酰-甘氨酸三肽(GFG)和甘氨酰-甘氨酰-苯丙氨酸三肽(GGF)形成的复合物的气相裂解反应. 质谱定性实验结果表明, Li⁺, Na⁺和K⁺与GGG, GFG或GGF在气相中可以形成稳定的复合物, 配合比为1∶1或2∶1. 竞争反应质谱图显示, GGG, GFG或GGF与碱金属离子形成的复合物的质谱峰丰度按Li⁺, Na⁺, K⁺顺序依次下降, 表明随着碱金属离子半径的增加, 它们与三肽的结合强度依次减弱. 碰撞诱导解离显示, 母体离子[GGG+Na]⁺, [GGF+Na]⁺和[GFG+Na]⁺ 的质心碰撞能量E(CM)₅₀数值分别为1.94, 1.76和1.63 eV. 通过质谱滴定法测得[GGG+Na]⁺, [GFG+ Na]⁺和[GGF+Na]⁺ 的结合常数lg\begin{array}{c}{K}_{a_1}\end{array}分别为5.30, 5.25和5.17. 质谱法定量结果进一步确认复合物的稳定性顺序为[GGG+Na]⁺>[GGF+Na]⁺>[GFG+Na]⁺, 表明由于空间位阻的影响, 侧链R基团含有苄基的GFG或 GGF与Na⁺的键合强度要小于侧链R全部为H的GGG. 串级质谱分析结果显示, 碱金属化的GGG断裂位点较多, 可解离出丰富的金属化a₂, b和y型碎片离子, 而碱金属化的GGF和GFG解离出的金属化y型离子较多, b型离子其次, 金属化a型离子几乎没有. 此外, 双碱金属化的GGF可解离出较多金属化y型离子. 复合物[GGF+Na]⁺的裂解曲线显示, 当碰撞能量为25 eV时, [y₂+Na-H]⁺ 和[b₂+Na+OH]⁺为主要碎片离子, 当碰撞能量>40 eV时, 只有[b₂+Na+OH]⁺ 碎片离子占有优势数量. 根据质子化三肽裂解机理可以推测, 钠化GFG裂解后生成含噁唑酮的[b₂+Na]⁺离子, 该离子经过一系列过渡态生成[a₂+Na]⁺(2-苄基-4-咪唑酮), 而不是常见的亚胺离子.     

两例新的镧系金属-有机框架化合物高效去除Cs+离子研究※

¹³⁷Cs具有强放射性和较长半衰期, 一旦从核废液中泄露将对人类健康和环境造成很大危害. 由于¹³⁷Cs⁺的高溶解性、易迁移性和废液中干扰离子的影响, 从复杂的放射性废液中有效去除¹³⁷Cs⁺仍然是一个挑战. 本研究通过溶剂热法合成了两例新的三维微孔镧系金属-有机框架化合物(Me₂NH₂)_0.5(H₃O)_0.25Na_0.25Ln(OH)(stp)•0.25H₂O (FJSM-LnMOF; Ln=Eu, Tb; H₃stp=2-磺酸基对苯二甲酸), 它们具有良好的水稳定性和一定的耐酸碱性. FJSM-EuMOF和FJSM-TbMOF对Cs⁺离子吸附具有快速的动力学和高的吸附量(q_m^Cs分别为229.25和211.28 mg/g). 它们对Cs⁺离子具有良好的选择性(K_d^Cs值高达2.18×10³ mL/g). 即使在Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺离子干扰的情况下, 它们仍然表现出对Cs⁺离子的选择性吸附性能. 我们成功获得了Cs⁺吸附产物的单晶结构, 通过单晶结构分析结合X射线光电子能谱(XPS), 红外(IR), 扫描电镜能量色散谱(EDS)和元素分析(EA)等多种表征方法, 证实了FJSM-EuMOF对Cs⁺离子的吸附为离子交换的机理. 结果表明, FJSM-EuMOF对Cs⁺离子的高效吸附主要源于镧系金属-有机阴离子框架中有机配体上的 COO^–和 $\text{SO}_{3}^{}$官能团对Cs⁺离子强的作用力以及通道内存在易交换的[Me₂NH₂]⁺阳离子和[H₃O]⁺离子. 这项工作表明, 镧系金属-有机框架化合物在放射性铯的修复中具有潜在的应用价值.     

分子动力学模拟电解质对阴非离子表面活性剂界面行为的影响

通过分子动力学(MD)方法研究了不同类型电解质对阴非离子表面活性剂C₁₂EO₃C油水界面性能的影响。运用z轴质量密度分布、径向分布函数、分子间相互作用配位数、空间分布函数及均方根位移五种模拟参数来分析电解质与阴非离子表面活性剂的相互作用情况。研究表明,三种离子的加入均对水分子与表面活性剂亲水基形成的水化层结构产生影响,且从微观层面验证三种离子对表面活性剂亲水基相互作用强度大小顺序为Na⁺ < Ca²⁺ < Mg²⁺。通过扩散模拟结果可以较好地解释离子加入对界面张力平衡时间的影响情况。这对指导实验方向、制订最佳复配方案具有重要意义。     

治疗铜中毒的新型高效络合剂对叔丁基硫杂杯[4]芳烃

以超分子化学基本原理为指导, 系统研究了对叔丁基硫杂杯[4]芳烃(简称TCA)作为受体对Cu²⁺(底物)的分子识别作用. 结果表明, TCA对Cu²⁺具有优异的识别能力, 且识别能力不受大量K⁺, Na⁺和Ca²⁺等共存离子的影响. TCA对Cu²⁺的识别作用优于驱铜药物2,3-二巯基丁二酸(DMSA). TCA对Cu²⁺的作用受竞争配体氨基酸的影响, 在血铜含量超标时, 人体正常浓度的氨基酸对TCA与Cu²⁺作用的影响很小; 而当Cu²⁺浓度降到正常血铜值时, 体内氨基酸的存在可使TCA的排铜效率降低, 避免发生铜的过多流失. TCA对Cu²⁺的作用优于对Zn²⁺的作用, 但共存离子Zn²⁺与Cu²⁺产生协同作用, 使TCA对Cu²⁺和Zn²⁺的萃取率均增加. 可通过降低萃取剂的浓度来减弱TCA与Zn²⁺的结合, 达到驱铜保锌的最佳效果. TCA有望发展为取代DMSA的更有效的驱铜药物.