以9-蒽醛为荧光基团的吡唑啉衍生物荧光探针对Fe3+和Cu2+的检测

以9-蒽醛为荧光基团,吗啉环和吡唑环为识别基团,合成了一种新型荧光探针1,5-二苯基-3-(10-(吗啉甲基)蒽-2-基)吡唑啉(PMAP),利用1H NMR、13C NMR和单晶衍射表征其结构,通过荧光发射光谱和紫外可见吸收光谱研究其离子识别性能。结果表明,探针PMAP对Fe³⁺、Cu²⁺具有良好的识别效果,荧光量子产率分别从0.14降到0.05和0.04,溶液颜色从淡黄色变为蓝色。PMAP与Fe³⁺/Cu²⁺以1∶1的化学计量比形成配合物,检测限约为1μmol·L^-1。同时,干扰实验表明PMAP具有良好的抗干扰性能。在实际样品中的应用表明,PMAP传感器能有效地检测实际水样中的Cu²⁺和Fe³⁺。另外,根据Fe³⁺、Cu²⁺和H+不同组合时PMAP的量子产率构建了分子水平上的三输入NOR逻辑门电路。     

综合创新实验:水溶性荧光防伪墨水YVO4:Eu3+纳米材料的合成与表征*

将科研前沿成果引入到综合化学实验的设计中,设计了面向材料化学专业的创新综合实验:在微波辐射辅助加热的条件下,合成了YVO₄:Eu³⁺纳米材料,并对该材料进行了结构表征。该材料的水相溶胶在紫外光激发下,具有很强的荧光效应,可用作荧光墨水进行特殊图案的打印与书写,其在安全防伪领域具有很大应用潜力。通过材料的实际使用,可加深学生对新材料研究的重视,激发学生的科研兴趣,在培养学生动手实验能力的同时,培养学生创新能力和自主学习能力。     

探究二氧化硫在盐酸中分别与铜单质、二价铜离子、氯化铁溶液的反应*

通过实验发现:SO₂在盐酸中既能将Cu单质氧化为+1价铜的化合物,也能把Cu²⁺还原为+1价铜的化合物,且发现SO₂将Cu单质氧化或将Cu²⁺还原都需要有Cl^-来参与反应,其反应机理需要通过SO₂和FeCl₃的反应(I^-催化)来进一步探究。这几个探究实验皆易于操作与观察,具有显著的实验表征,有利于从宏观辨识深入到微观探析的过程。     

BODIPY基荧光探针的合成、表征及对铜离子的检测——推荐一个大学综合化学实验

介绍了一个大学综合化学实验——BODIPY基荧光探针的合成、表征及对铜离子的检测。该实验是一个科研转化的大学生综合化学实验,内容包括3,5-二氯BODIY的合成、BODIPY基荧光探针分子的合成,以及利用紫外-可见分光光度计和荧光光谱仪检测目标分子对金属离子的响应性。通过本实验,使学生了解BODIPY基荧光传感器这一科研前沿领域,激发学生对科学研究的兴趣,培养学生的科研探究能力。本实验综合了有机化学、仪器分析和应用波谱学知识点的学习,培养学生的实验操作技能,提升学生的综合及创新能力,建议纳入高年级综合化学实验课程。     

应用手持技术数字化实验测定化学平衡常数*——以Fe3+/SCN-平衡体系为例

结合手持技术,改进反应Fe³⁺+SCN^-FeSCN²⁺平衡常数测定实验的操作过程,使该实验微型化、便捷化,为中学教学提供一个可供选择和参考的平衡常数测定实验方案。本实验测得该反应的平衡常数K=1.6×10²(实验条件为:T=(26.5±0.5)℃,I=0.7,[H⁺]=0.15 mol/L)。     

沸石咪唑酯骨架材料-8/多壁碳纳米管电化学传感器灵敏检测镉离子(Ⅱ)和铅离子(Ⅱ)

将沸石咪唑酯骨架材料-8(ZIF-8)与多壁碳纳米管(MWCNT)结合,制备得到ZIF-8/MWCNT复合材料,并基于此构建了一种可用于Cd²⁺和Pb²⁺同时测定的电化学传感器。MWCNT的引入增强了复合材料的导电性;同时,ZIF-8与MWCNT之间的协同作用使ZIF-8/MWCNT复合材料表现出优异的电催化活性,将ZIF-8/MWCNT复合材料修饰玻碳电极(GCE),能够实现Cd²⁺和Pb²⁺的分别和同时检测。在最优实验条件下,基于ZIF-8/MWCNT/GCE的电化学传感器对Cd²⁺和Pb²⁺分别检测的线性范围分别为0.03～8.00μmol/L和0.03～6.00μmol/L,检出限分别为0.019和0.035μmol/L(S/N=3);对Cd²⁺和Pb²⁺同时检测的线性范围分别为0.03～5.00μmol/L和0.03～5.00μmol/L,检出限分别为0.022和0.048μmol/L(S/N=3)。此...     

钽掺杂六方相氧化钨对Sr2+的吸附:Zeta电位的测量及吸附机理的研究

研究Ta掺杂六方相氧化钨(hex-WO₃)材料在吸附Sr²⁺过程中其表面zeta电位的变化情况,并进一步探讨了吸附过程的热力学及吸附机理。结果表明：(1)在实验pH值范围内,Ta掺杂hex-WO₃悬浮液的zeta电位值随溶液中电解质的价态增大而增大;(2)且zeta电位随体系中离子强度的增加而增大;(3) Ta掺杂hex-WO₃对Sr²⁺的吸附容量随着温度降低而增大,随着离子强度的增加而减少;(4)吸附过程的吸附焓为－47 kJ·mol^-1,且Sr²⁺离子与材料表面之间主要为化学相互作用;(5) Ta掺杂hex-WO₃对Sr²⁺吸附过程主要为材料表面吸附及材料孔道内离子交换共同作用。     

2-(2-羟基-3-甲氧基苯基)-C60的合成及在花椰菜花叶病毒启动子DNA传感检测中的应用

通过1,3-偶极[3＋2]环加成反应, 合成了2-(2-羟基-3-甲氧基苯基)-C₆₀吡咯烷衍生物(HMP-C₆₀); 采用红外光谱、 紫外吸收光谱、 元素分析和液相色谱-质谱联用技术对产物的化学结构进行了表征. 基于该衍生物具有功能性的含氮和含氧基团, 通过滴涂法将其修饰在玻碳电极表面上, 并以Zr⁴⁺为桥联试剂将探针DNA通过 5′-PO₄^{3 -}组装到HMP-C₆₀修饰电极表面, 构建了基于HMP-C₆₀修饰电极的电化学DNA传感器. 以[Fe(CN)₆]^3-/4-为电活性探针, 对不同修饰电极进行了电化学表征, 并采用电化学交流阻抗法考察了该传感器对花椰菜花叶病毒(CaMV35S)启动子特征片段的分析性能. 实验结果表明, 在1.0×10^-13 ~ 1.0×10^-9 mol/L浓度范围内, 该电化学传感器电子转移阻抗变化值(ΔR_et)与目标序列浓度对数(lgc_S2)呈现良好的线性关系, 检出限为4.0×10^-14 mol/L (S/N=3). 该传感器能有效识别完全互补序列、 碱基错配序列和非互补序列, 表现出良好的选择性.     

稀土离子与硫氰酸根及硝酸根的络合作用

在25℃下,以2MNaClO₄维持水相的离子强度恒定,用离子交换法测定了除Ce和Pm以外的镧系元素及钇与CNS^-和NO₃^-的络合作用。用北京大学6912计算机处理了实验数据。结果表明:(1)RE³⁺与CNS^-的络合作用不大,当[CNS^-]≤1.5M时,主要以RECNS²⁺,RE(CNS)₂⁺及RE(CNS)₃三种络合物形式存在;镧系元素与CNS^-的络合度Y₍₁₎随原子序数Z的增大,总的趋向是增大,钇的Y₍₁₎值为最小。(2)RE²⁺与NO₂⁺的络合作用较弱,当[NO₂⁺]≤1.5M时,主要的络合物是RENO₃²⁺;各镧系元素与NO₃^-的Y₍₁₎随Z的增大,总的趋向是减小,钇的Y₍₁₎值最小。(3)在本实验中,稀土络合离子在树脂上的吸附量是可以忽略不计的。     

基于久洛尼定的铝离子荧光探针的合成与性能

设计合成了基于久洛尼定的酰腙荧光探针JNPH，并使用核磁共振波谱(NMR)和高分辨质谱(HRMS)表征了JNPH的结构。采用荧光发射光谱研究了在DMSO/Tris-HCl(7∶3, V∶V)缓冲体系中探针JNPH对金属离子的识别能力。结果表明，在DMSO缓冲液中探针JNPH对Al³⁺显示出选择性荧光增强识别，且具有良好的识别灵敏性。Job曲线显示探针JNPH与Al³⁺结合的化学计量比为1∶1。探针JNPH对Al³⁺的识别不受大多数金属离子的干扰，检测Al³⁺的线性范围为0～80μmol/L，检出限为0.38μmol/L。探针JNPH具有快速响应识别Al³⁺的能力，响应时间为60 s。利用1H-NMR研究了探针JNPH对Al³⁺的识别机理，并结合Job曲线推测了探针JNPH与Al³⁺的作用模式。     

三价铁离子和二价铁离子的鉴别与转化的绘画实验*

以Fe³⁺、Fe²⁺的鉴别和转化为例,详细介绍了绘画实验的纸笔与试剂浓度选择、绘画图案设计、微课应用及效果分析,还进行了“铁及其化合物”的一些化学反应。绘画实验突出了化学实验现象的色彩美,一定程度上激发了学生的学习热情,是一种值得尝试的创新实验方式。     

铜离子介导的草甘膦荧光传感器的构建及应用

以7-二乙氨基香豆素为荧光基团，设计并合成了一种香豆素酰腙类荧光探针CPS。研究结果表明，在甲醇溶液中，探针CPS对Cu²⁺呈特异性的荧光猝灭响应，且与Cu²⁺形成分子比为2∶1的络合物CPS-Cu²⁺。此络合物作为荧光传感器实现了草甘膦的特异性识别，具有较高的灵敏度，检出限可低至64.8 nmol/L (10.95 ng/mL)。通过Job′s plot曲线、摩尔比法及质谱等手段，推测了荧光传感器检测草甘膦的作用机制。实际水样的加标回收实验证明了此荧光传感器检测草甘膦具有良好的实用性。     

荧光素-层状双金属氢氧化物复合体的发光性能及对Fe3+的荧光识别

采用离子交换法合成了FLN/OS-LDH复合体(FLN: 荧光素, OS: 1-辛烷磺酸钠, LDH: 镁铝型层状双金属氢氧化物), 并研究了其光致发光和对Fe³⁺的识别性能. 固态时, FLN不发光, 而FLN/OS-LDH复合体呈黄绿色荧光(发射波长为565 nm), 是荧光素(FLN)的特征发射光. 在甲酰胺(FM)中可将该复合体方便剥离为胶状悬浮液, 其发射波长发生蓝移, 为绿光发射(531 nm). 研究了复合体剥离液对金属离子的荧光识别特性, 发现其对Fe³⁺的选择性识别能力很强, 远优于其它离子(Mg²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, Cd²⁺和Hg²⁺). 该复合体与Fe³⁺结合发生荧光猝灭现象, 可将其用作检测Fe³⁺的荧光传感器. Fe³⁺检测限为1.27×10^-7 mol/L, 猝灭常数(K_sv)为3.44×10² L/mol.     

掺铥硫氧化钇的特殊余辉性质

迄今为止,稀土长余辉磷光体已见文献或专利公开报道的激活离子主要有适于紫外光激发的三价铈离子(Ce³⁺)和三价镨离子(Pr³⁺)、适于可见光激发的铕离子(Eu³⁺和Eu²⁺)及钐离子(Sm³⁺,Sm²⁺),尚未涉及到铥离子Tm³⁺或Tm²⁺.我们在Tm³⁺离子激活的硫氧化钇体系Y₂O₂S:Tm³⁺中发现了长余辉荧光特性.特别是在该磷光体中还发现了一种非常特殊的余辉现象.     

有机磷酸混合萃取体系的界面化学及动力学控制机制研究

研究了D2EHPA(二(2-乙基己基)磷酸)-M₁PA、M₂PA(长碳链单烷基磷酸酯)-Al³⁺和D2EHPA-MEHPA(单(2-乙基己基)磷酸)-Al³⁺混合萃取体系的界面化学和动力学。结果表明,混合体系界面活性下降,D2EHPA-M₁PA萃取Al³⁺的过程为扩散和化学反应共同控制机制。     

N,N′-二甲基-N,N′-二辛基-4-氧庚二酰胺萃取镧的研究

为了研究不同的酰胺夹醚化合物对萃取镧的性能，本文使用N,N′-二甲基-N,N′-二辛基-4-氧庚二酰胺(DMDOOHA)为萃取剂，以1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐离子液体([C₄mim⁺][PF₆^-])为稀释剂，研究其在水相中萃取La³⁺的行为，考察了萃取时间，pH,萃取剂的的浓度、及温度对萃取分配比的影响。实验表明，萃取剂在离子液体[C₄mim⁺][PF₆^-]中对La³⁺的具有强烈的萃取能力。机理研究表明，在([C₄mim⁺][PF₆^-]体系中，萃取剂与La³⁺可能形成3∶1配合物。萃取过程为热力学自发的过程。     

LiBa0.95-yBO3∶0.05Tb3+,yBi3+荧光粉的制备及荧光性质

以硼酸和碳酸盐为原料,用高温固相法制备了可被(近)紫外光(369、254 nm)有效激发的Tb³⁺单掺杂Li Ba1-xBO3∶xTb³⁺(物质的量分数x=0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07)及Bi³⁺和Tb³⁺共掺杂LiBa_0.95-yBO₃∶0.05Tb³⁺,y Bi³⁺(物质的量分数y=0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07)的2个系列荧光粉,产物的结构和形貌分别用粉末X射线衍射(PXRD)和扫描电子显微镜进行表征。PXRD测定结果表明2个系列的产物均为纯相LiBaBO3。通过对第一系列产物荧光光谱的测定,筛选出发光强度最好的产物,据此确定铽离子的最佳掺杂量;在此基础上制备出铋离子掺杂量不同的第二系列荧光粉。荧光光谱测定的实验结果表明,Tb³⁺/Bi³⁺共掺杂的荧光粉的发光强度好于Tb³⁺单掺杂的荧光粉,这说明Bi³⁺对Tb³⁺有敏化作用;而且随着Bi³⁺掺杂量的增加,产物的荧光强度表现出先增加后减小的趋势,当Bi³⁺的掺杂量y=0.03时,产物的荧光强度达到最大。Bi³⁺和Tb³⁺之间存在偶极-四极相互作用而进行能量传递。系列荧光粉的CIE坐标显示其发光颜色在一定程度上呈现出由绿色光到白光的渐变趋势。     

4-(二乙氨基)水杨醛缩4-氨基安替比林席夫碱的合成及荧光性质

合成了4-(二乙氨基)水杨醛缩4-氨基安替比林席夫碱，通过红外光谱、核磁共振谱、元素分析等对其结构进行了表征。利用分子荧光仪对其与Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、La³⁺、Ce³⁺、Sr²⁺、Ag⁺、Ru³⁺等金属离子作用前后的荧光性质进行了检测。检测结果表明，加入不同的金属离子后，该希夫碱的荧光发射波长略有变化，但荧光强度发生了不同程度的改变，其中Ru³⁺与希夫碱作用后的荧光强度显著增强。     

基于增强的明胶-金纳米粒子类过氧化物酶活性检测汞离子

基于Hg²⁺对明胶-金纳米粒子(G-AuNPs)类过氧化物酶活性的增强作用，构筑了一种新型的Hg²⁺传感器。G-AuNPs具有类氧化物酶活性和类过氧化物酶活性，能够催化O₂或H₂O₂氧化3,3,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)生成氧化TMB(oxTMB)的反应，在652 nm处出现紫外可见吸收特征峰。优化条件下，Hg²⁺能够增强G-AuNPs的类过氧化物酶活性，使吸收信号升高，且升高幅度与Hg²⁺浓度呈线性关系，在0～15μmol/L和15～35μmol/L范围内的线性方程分别为y=1.314+0.0135x和y=0.704+0.055x，检出限为1.65μmol/L。该传感体系对Hg²⁺具有良好的选择性，其他常见金属离子不干扰对Hg²⁺的检测。所设计传感器具有无需修饰、检测时间短、选择性好的优点，有望用于污染水现场Hg²⁺的检测。     

构象转换型传感器对汞、铅、锶离子的同时检测

将核酸构象转换与纳米孔膜技术联用设计了一种新型高灵敏电化学传感器, 实现了对Hg ²⁺, Pb ²⁺和Sr ²⁺的分步同时检测. 使用2种分别能与Hg ²⁺及Pb ²⁺, Sr ²⁺结合的核酸适体, 将其固定在氧化铝纳米孔膜孔道内以阻碍铁氰化钾离子传导. 利用核酸适体包裹目标物时的蜷缩状态与目标物被洗脱剂洗脱后核酸适体的伸展状态之间的构象转换, 控制纳米孔通道的“开”和“关”, 使铁氰化钾溶液的氧化还原电流发生改变. 通过监测铁氰化钾溶液的电信号变化值, 可实现同时检测此3种金属离子的目的. 实验结果表明, 该传感器对3种金属离子具有很高的灵敏度和选择性, 检测的线性范围均为0.051.50 nmol/L, 对Hg ²⁺, Pb ²⁺和Sr ²⁺的检出限分别为0.013, 0.017和0.022 nmol/L(S/N=3).