指导本科生课外科研实践活动*——“我爱实验室”有感

由南开大学化学学院科技创新协会面向低年级本科生举办的“我爱实验室”活动,旨在拓宽学生的专业知识领域、使学生深入了解科研前沿方向、培养学生科研素养等。基于实验室的研究方向,学生自主调研文献选题、设计实验过程、参与组会沟通、交流并解决实验中遇到的问题。课外科研实践活动的开展不仅提高了学生的实验技能,而且拓宽了学生的知识领域,更重要的是培养和提高学生进行科学研究的素养和能力。     

维生素C的3种分光光度法测量比较*——仪器分析设计性实验教学的探索与实践

仪器分析设计性实验是培养大学生创新能力的重要手段和途径。根据仪器分析实验课的特点,开设“维生素C的3种分光光度法测量比较”设计性实验项目,通过文献调研、原理阐述、方案制定、性能测试、SPSS数据处理分析软件应用等实验环节,培养学生的综合能力和创新能力。分别建立了每种方法的标准曲线,比较相关系数、回收率和相对标准偏差,并对3种方法进行精密度与准确度实验。实践表明,通过设计性实验的实践,学生的实践能力、创新能力、基本科学素养和综合素质得到明显提高。     

固体核磁共振Multiple-CP定量技术的参数优化与应用研究

固体核磁共振Multiple-CP定量技术可实现对不同体系、 不同定量信息的检测. 然而, Multiple-CP对样品属性的宽容度较低, 其中有关样品属性的核磁共振参数包括氢的自旋晶格弛豫时间(T_1,H)、 交叉弛豫时 间(T_CH)和自旋锁定场下氢的自旋晶格弛豫时间(T_{\mathrm{1}\rho }^{\text{?}\mathrm{H}})等. 因而需要系统地掌握Multiple-CP各种实验参数与样品上述特性参数之间的关系, 从而确定Multiple-CP技术可适用的体系范围以及最优的实验参数范围. 基于此, 首先以L-丙氨酸为模型样品, 探讨在Multiple-CP实验中弛豫恢复时间(t_d)、 交叉极化接触时间(t_p)和交叉极化次数(n) 3种实验参数对分子中基团比例测量结果的影响规律. 并以L-缬氨酸、 L-丙氨酸/L-缬氨酸的混合物为模型样品, 探讨样品特性参数的差异性对Multiple-CP实验参数范围的影响. 实验结果表明, t_p受T_CH和\text{?}{T}_{\mathrm{1}\rho }^{\text{?}\mathrm{H}}的影响较大. 对于纯净物或均相体系, T_CH是影响t_p参数设置的关键. 依据实验数据发现, 当样品中各基团T_CH差异度小于8%时, 实验对t_p的宽容度较高; 对于混合物体系, 需同时考虑混合物中组分\text{?}{T}_{\mathrm{1}\rho }^{\text{?}\mathrm{H}\text{?}}差异度的影响. 当组分\text{?}{T}_{\mathrm{1}\rho }^{\text{?}\mathrm{H}\text{?}}差异度为32%、 各基团T_CH差异度为21%时, Multiple-CP对t_p的宽容度高, 可在较宽的参数范围内实现定量检测. 而当T_CH差异度较大时, 获取定量结果时t_p的参数范围较小, 实验条件较苛刻. Multiple-CP定量方法更适用于T_CH和\text{?}{T}_{\mathrm{1}\rho }^{\text{?}\mathrm{H}\text{?}}差异度较小的样品体系的定量研究. 通过研究样品T_CH和\text{?}{T}_{\mathrm{1}\rho }^{\text{?}\mathrm{H}\text{?}}对实验参数的影响, 总结了Multiple-CP方法所适用的样品体系特征, 为使用Multiple-CP进行定量检测提供可参考的参数设置方案.     

固相烧结法制备锂离子电池正极材料Li2FeP2O7及其电化学性能研究

介绍了一种先冷冻干燥后固相烧结制备正极材料Li₂FeP₂O₇的方法. 利用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对材料的组成和形态进行表征, 并通过循环伏安曲线(CV)和电化学阻抗谱(EIS)研究了Li₂FeP₂O₇材料的电化学性能. 研究发现, 合成Li₂FeP₂O₇的最佳温度为590 ℃, 此温度下反应较完全且产物杂质较少, 1.6C倍率下的放电比容量达到55 mA·h·g^?1, 明显高于其它温度下合成样品的放电比容量. 该温度下合成的Li₂FeP₂O₇还具有低阻抗和较大的交换电流密度, 说明这种合成方式有利于提高锂离子在Li₂FeP₂O₇中的扩散.     

将铂(Ⅱ)-四(4-羧基苯基)卟啉组装到光捕获金属有机框架中增强可见光驱动的产氢效能

氢气析出反应的分子催化剂因能够将其整合到用于光催化水分解的光捕集复合物中而受到广泛关注.研究者期望通过构建吸光网络,提高分子催化剂的光催化产氢效能.本文报道了以[(TCPP)Pt^Ⅱ][TCPP=meso-四(4-羧基苯基)卟啉]络合物作为光催化产氢的分子催化剂.采用氯冉酸(CA)作为电子牺牲剂可以很好地稳定光催化剂,使CA被氧化为[CA-H·]自由基.当使用三乙醇胺作为电子牺牲剂时,[(TCPP)Pt^Ⅱ]分解形成Pt纳米颗粒.电化学循环伏安实验结果表明,光催化产氢的第一步是质子偶联电子转移,以获得[(TCPP)Pt+H]0.然而,第二个电子转移-1.02 V的氧化还原电位不随添加三氟乙酸而位移,表明该电子转移未与质子转移耦合,得到[(TCPP)Pt+H]-.此外,第二次电子转移的峰值处产生催化波,表明氢气是由[(TCPP)Pt+H]-的质子化生成,然后再生[(TCPP)Pt^Ⅱ]并释放氢气.密度泛函理论计算结果表明,[(TCPP)Pt^Ⅱ]分子催化剂光催化产氢的机理可能先经过质子耦合电子转移反应,形成[(TCPP)Pt^Ⅰ]-NH,然后依次经过电子注入和质子化形成[(TCPP)Pt^Ⅱ-H]-NH中间体,最终释放H2.由于整个催化循环过程涉及多个电子的注入,光捕获网络的引入有助于提供多个光电子.因此,本文通过将[(TCPP)Pt^Ⅱ]掺杂生长到主要由[(TCPP)Zn^Ⅱ]构筑的金属有机框架中,构筑了与分子催化剂连接的光捕获网络,从而将其活性提高了约830倍.纳秒瞬态吸收光谱和时间分辨的磷光光谱表明,向[(TCPP)Pt^Ⅱ]均相溶液中加入氯冉酸会因电荷转移而缩短3[(TCPP)Pt^Ⅱ]*寿命.同样现象在金属有机框架体系中也被观察到.然而,在磷光猝灭后,瞬态吸收光谱观察到均相溶液中[(TCPP)Pt+H]0及[CA-H·]自由基信号迅速衰减,在微秒时间尺度上衰减为0,表明大部分还原的[(TCPP)Pt+H]0迅速与氧化后的[CA-H·]复合,限制了光催化氢气析出的光量子效率.然而,在金属有机框架体系中,磷光猝灭后纳秒瞬态吸收光谱在较长时间尺度观察到残留吸收带,表明随后消耗CA,向反应体系中注入电子,推动了反应的完成.本文研究了能量转移对光催化H2析出的影响,并强调了光捕获网络在多电子注入中的重要性.     

A Novel Fluorescent Probe for ATP Detection Based on Synergetic Effect of Aggregation-induced Emission and Counterion Displacement

In this work,a fluorescent probe(TPEBe-I)was developed for adenosine triphosphate(ATP)detection based on the synergetic effect of aggregation-induced emission and counterion displacement.TPEBe-I gave weak emission in aqueous solution due to the heavy-atom effect of counter iodide ion.However,upon the addition of ATP,the new aggregate complex(TPEBe-ATP)was formed between the cationic unit of TPEBe-I and ATP through electrostatic interactions,which not only restricted the intramolecular motion of luminogen but also eliminated the quenching effect of iodide ion.As a result,the fluorescent light-up detection for ATP was successfully achieved.Moreover,TPEBe-I exhibited high selectivity towards ATP and showed a wide linear detection region towards the logarithm of ATP concentration(5—600μmol/L)with a detection limit of 1.0μmol/L,enabling TPEBe-I as a promising probe for ATP quantitative analysis.     

Organic Nanocrystals Based on a Solid-emission-tunable AIEgen for Cell Imaging

The development of fluorescent nanocrystals based on organic small molecules is of great importance in bioimaging due to the merits of easy modification,high brightness and excellent photostability,however suffering from the emission-detrimental aggregation-caused quenching(ACQ)effect.Herein,we successfully designed and synthesized an AIE-active di(N,N-dimethylaniline)-dibenzofulvene(named as NFTPE),which exhibits the crystallization-induced emission enhancement(CIEE)effect.Interestingly,two types of yellow-and orange-emissive crystals for NFTPE were obtained,exhibiting aggregation microenvironment-dependent emission tuning in the solid state.Single-crystal analysis and density functional theory(DFT)calculations reveal that different aggregation microenvironments result in the distinct molecular conformation for various emission.Excitingly,the crystallization of NFTPE in an aqueous solution under the assistance of amphiphilic PEG polymer matrices could be monitored in situ by the fluorescence changes,facilitating the preparation of NFTPE nanocrystals(NFTPE-NCs)by adjusting the aggregation microenvironment.The obtained NFTPE-NCs exhibit the superior performance in cell imaging in respect to high brightness,photostability,and biocompatibility,thus demonstrating the potential in bioimaging applications.     

Restriction of Intramolecular Motion(RIM): Investigating AIE Mechanism from Experimental and Theoretical Studies

Mechanistic studies promote scientific development from phenomena to theories.Aggregation-induced emission(AIE),as an unusual photophysical phenomenon,builds the bridge between molecular science and aggregate mesoscience.With the twenty-year development of AIE,restriction of intramolecular motion(RIM)has been verified as the working mechanism of AIE effect.In this review,these mechanistic works about RIM are summarized from experimental and theoretical perspectives.Thereinto,the experimental studies are introduced from three parts:external rigidification,structural modification and structural characterization.In the theoretical part,calculations on the low-frequency motion of AIEgens have been performed to prove the RIM mechanism.By virtue of the theoretical calculations,some new mechanisms are proposed to supplement the RIM,such as restriction of access to conical intersection,suppression of Kasha transition,restriction of access to dark state,etc.It is foreseeable that the RIM mechanism will unify the photophysical theories for both molecules and aggregates,and inspire more progress in aggregate science.     

生物检材中芬太尼类物质检测方法研究进展

就芬太尼类物质的代谢及近年来对常见生物检材中此类物质的前处理方法及检测方法进行了综述。常见的生物检材有血液、尿液、毛发,这几种检材都具有各自的检测优势和不足。毒品在血液中代谢速度快,代谢产物浓度高,但对检测时效性要求较高;尿液检测前处理简单,代谢产物易检测,但存在易污染、造假的问题;毛发检测不受其他药物影响,可追溯半年内吸毒史,但前处理步骤复杂,成本偏高。生物检材前处理主要包括液液萃取法(LLE)固相萃取法(SPE)和蛋白质沉淀法,SPE更适用于液体样本的前处理,速度更快且节省溶剂,结果重现性更好;LLE的分离效果更好。常用的检测分析方法有免疫分析法、气相色谱质谱联用法(GC-MS)、液相色谱质谱联用法(LC-MS)等。免疫分析法主要用于初筛。GC-M S主要用于分析一些极性小、易挥发、热稳定性好的物质。相对来说,LC-M S灵敏度更高,适用范围更广,目前被广泛应用。提出未来可以从毒品中存在其他类物质是否影响芬太尼类物质的检测、芬太尼的药代动力学及如何通过芬太尼类物质的空间结构准确检测等几个方面进行深入研究。     

高效液相色谱-串联质谱法同时检测血液中3种季铵盐类肌松剂

维库溴铵、罗库溴铵和泮库溴铵是一类广泛使用的非去极化肌松剂,使用过程中引起过敏反应甚至死亡的情况时有发生,快速检测血液中该类肌松剂的浓度,可为临床早期诊断提供有价值的信息。该类肌松剂为强极性的季铵盐类化合物,在反相色谱柱上难以保留,主要采用离子对色谱法进行分离。采用离子对色谱法时,加入的离子对试剂有离子抑制作用,可降低质谱灵敏度,还会污染质谱系统。该文建立了高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS)同时检测血液中3种季铵盐类肌松剂的检测方法。血液样品经稀释、高速离心后,上清液过Bond Elut AL-N固相萃取柱净化,用0.45 μm的微孔滤膜过滤后检测。采用ZIC-cHILIC色谱柱(50 mm×2.1 mm, 3.0 μm)分离,以乙腈和0.1%甲酸水溶液为流动相,梯度洗脱,在ESI⁺、多反应检测(MRM)模式下检测。3种季铵盐类肌松剂在血液中的基质效应为88.1%~95.4%,在各自范围内线性关系良好,相关系数(R²)均大于0.996,检出限为0.2~0.8 ng/mL,定量限为0.5~2.0 ng/mL,加标回收率为92.8%~110.6%,相对标准偏差(RSD)为3.2%~9.4%。该方法灵敏度高,准确性好,操作简便,可用于血液样品中维库溴铵、罗库溴铵和泮库溴铵的快速检测。