基于分子内电荷转移的多枝状荧光探针光学性质与响应机理分析

本文采用含时密度泛函理论研究了用于检测生物硫醇的荧光探针分子的光学性质.通过计算探针分子Mol.1、Mol.2和Mol.3与半胱氨酸和同型半胱氨酸反应前后的单光子吸收和发射性质,研究了碳碳三键和苯环结构对荧光探针性质的影响.随着给电子体三苯胺结构的逐渐完善和碳碳三键的加入,探针分子的振子强度逐渐增大,展现出了更好的荧光探针性质.同时,研究了不同侧枝数目对探针分子性质的影响,结果表明,相较于单枝分子Z1和三枝分子Mol.3,两个侧枝的探针分子Z2振子强度更大,检测效果更佳.增加了碳碳三键和苯环后的单枝新型探针分子Mol.4,相较于具有三枝结构的探针分子Mol.3,具有良好的探针性质,且结构更为简单.     

水热法制备S、N共掺杂碳点及其银离子的荧光检测

以通过氢键形成分子单元的异硫氰酸胍为掺杂剂,采用一锅水热法制备了具有明亮蓝色荧光的S、N共掺杂碳点.结构表征显示,N和S元素能够通过杂环原子和碳点表面官能团的形式充分掺杂.该碳点溶液的光致发光最佳激发波长为395nm,对应发射谱从"激发独立"变为"激发依赖".在碳点的形成过程中,出现了一些分子级荧光团,随着碳化过程以表面官能团的形式键合在碳点的表面,这为该碳点作为银离子检测的传感探针提供了可能.碳点溶液荧光强度和银离子浓度在不同浓度范围内成线性关系,基团-S-C≡N能够促进银离子对碳点溶液荧光的猝灭效应.该碳点溶液制备方法简单、性能优异,为高效检测工业污染物中银离子的应用提供了一种可能的途径.     

检测Fe~(3+)/F~-的双功能喹哪啶衍生物荧光探针

对一种简单结构的喹哪啶衍生物作为离子荧光探针的性能进行了研究。探针由8-羟基喹哪啶的2-位引入水杨醛构成,通过双键连接喹啉环与苯环以及推-拉电子基团构成大共轭结构,使其发光量子产率提高;探针分子中的氮、氧原子提供了良好的配位作用点,能选择性与离子配合而使荧光性质发生变化。在乙腈/水溶液中,Fe~(3+)与探针形成1∶1的配合物而使其荧光猝灭,配合为自发的熵驱动放热过程。红外光谱和1 H NMR滴定推测探针分子中的两个羰基氧和氮的孤对电子参与Fe~(3+)络合,光诱导引发电子转移过程导致荧光猝灭。在乙腈溶液中,F~-使探针在415nm处的荧光峰降低,在560nm处出现新荧光峰,形成比率荧光,荧光由蓝色变为黄色至橙红色。同时,F~-使探针在280和340nm处的紫外吸收峰降低,在455nm处出现新的吸收峰,形成比率吸收,颜色由无色变为黄色至橙色。1 H NMR滴定推测探针分子与F~-是通过氢键作用。为一种同时检测阴、阳离子的双功能探针,荧光法对Fe~(3+)和F~-的检出限分别低至13.6nmol·L~(-1)和1.6μmol·L~(-1),紫外法对F~-的检出限低至16.5μmol·L~(-1)。利用探针对F~-识别时明显的颜色变化,建立了可视性,快速度,易操作的目视检测微量F~-的方法。     

外电场下AgCl分子的结构与性质

采用密度泛函理论B3P86方法计算了Ag Cl基态分子在不同场强条件下的稳定结构及激发态性质.研究了外电场对Ag Cl基态分子键长、总能量、电子结构、谐振频率和红外光谱强度及前10个激发态的吸收谱、激发能、振子强度的影响.结果表明随着沿Ag-Cl分子轴向电场的逐渐增大,Ag Cl分子键长逐渐减小;总能量则逐渐增大;电偶极矩单调减小;HOMO能级升高,而LUMO能级、费米能级和能隙均减小.谐振频率随正向电场增加而增大,而红外谱强度则逐渐减小.随着电场的增强,由基态至第1~10激发态的波长增大,激发能减小.     

新型水溶性花菁双嵌染料荧光测定蛋白质的研究

基于蛋白质对双嵌花菁染料具有良好的荧光增强作用,以新型水溶性碳菁染1,1’-丙磺酸-3,3,3’,3’-四甲基吲哚三次甲基碳菁-5,5’-二磺酸钾为荧光探针,建立了一种新的蛋白质荧光检测体系。实验考察了探针的荧光特征、浓度、缓冲体系pH、盐浓度和乙醇有机试剂等参数对体系荧光的影响。当pH2.0,花菁染料最大荧光激发波长为548 nm,发射波长为562 nm,血清蛋白与探针作用随着探针浓度的增加而加强,荧光增强值逐渐上升;当探针浓度为1.00×10-6mol·L-1时,牛血清蛋白BSA和人血清蛋白HSA对花菁探针荧光增强作用最为明显,体系荧光强度与蛋白质浓度成良好的线性关系,BSA和HSA线性响应浓度范围分别为0.20～15.00μg·mL-1和0.20～12.00μg·mL-1, 检测限(3σ/K)为0.01μg·mL-1。测定了血清蛋白BSA的合成样品,当BSA浓度为4.00,6.00,8.00μg·mL-1时,回收率为94.5%～103.3%。     

光谱法研究3H-吲哚季铵盐探针分子与牛血清底的相互作用

合成了一种新型的荧光探针分子2-(对-十二烷基氨基)苯基-3, 3-二甲基-5-乙酯基-3H-吲哚基-甲基-二-十六烷基碘化铵, 并运用荧光光谱探讨它与牛血清蛋白的作用. 结果表明, 探针分子与牛血清蛋白(BSA)的结合作用可使3H-吲哚的荧光强度增强, 而对蛋白质却具有猝灭性质, 其结合常数和结合位点数分别为Ka=1.995×105 dm3*mol-1和n=1.12.     

以芘为中心系列衍生物的单光子和双光子吸收特性理论研究

在含时密度泛函理论的水平上,利用响应场理论方法研究了以芘为中心系列衍生物的单光子和双光子吸收特性. 研究结果表明,在低能量范围内,每个分子有多个电荷转移态. 单光子吸收性质与实验结果符合较好. 随着分子尺寸的增加,分子的最大双光子吸收截面显著增加,其中具有四分枝结构分子的最大双光子吸收截面是单枝结构分子的5.6倍. 同时,分子的双光子吸收截面与分子结构的对称性有关.其中对称结构分子具有较大的双光子吸收截面.     

碳点嫁接海藻酸钙复合结构的制备及其对Cu~(2+)的检测

基于铜离子与碳点的荧光猝灭作用,建立了用碳点作为荧光探针来检测铜离子的新方法。该方法将碳点还原后再嫁接于海藻酸钙,从而得到一种新型的含还原碳点的海藻酸钙薄膜荧光探针。用荧光分光光度计和紫外-可见分光光度计对探针的荧光特性以及探针与金属离子的相互作用进行了研究。研究结果表明:改性后的荧光探针具有很高的荧光强度,因此可以根据探针荧光强度的变化实现对铜离子的检测,并通过乙二胺四乙酸二钠(EDTA)的作用实现对铜离子的重复检测。铜离子浓度在5×10-6~100×10-6mol·L-1范围内与该荧光探针的荧光猝灭强度呈良好的线性关系。该方法不仅可以对铜离子检测,更实现了对碳点的固载,该技术有望实现荧光探针的回收再利用。     

外电场下AgBr分子的结构及性质

采用密度泛函理论B3P86方法研究了AgBr基态分子在不同场强条件下的稳定结构及激发态性质.分析了外电场对AgBr基态分子键长、总能量、能级、谐振频率和红外光谱强度以及对前10个激发态的吸收谱、激发能、振子强度等的影响.结果表明随着正向电场F的逐渐增大,AgBr分子键长逐渐减小;总能量则逐渐升高;分子电偶极矩μ单调减小;HOMO能级升高,而LUMO能级、费米能级和能隙减小.谐振频率随正向电场增加而增大,随反向电场增加而减小,红外谱强度均随电场的增大而逐渐减小.由基态到第1-10激发态的波长增大,激发能减小.     

碳点嫁接海藻酸钙复合结构的制备及其对Cu2+的检测

基于铜离子与碳点的荧光猝灭作用,建立了用碳点作为荧光探针来检测铜离子的新方法。该方法将碳点还原后再嫁接于海藻酸钙,从而得到一种新型的含还原碳点的海藻酸钙薄膜荧光探针。用荧光分光光度计和紫外-可见分光光度计对探针的荧光特性以及探针与金属离子的相互作用进行了研究。研究结果表明：改性后的荧光探针具有很高的荧光强度,因此可以根据探针荧光强度的变化实现对铜离子的检测,并通过乙二胺四乙酸二钠（EDTA）的作用实现对铜离子的重复检测。铜离子浓度在5×10^-6~100×10^-6 mol·L^-1范围内与该荧光探针的荧光猝灭强度呈良好的线性关系。该方法不仅可以对铜离子检测,更实现了对碳点的固载,该技术有望实现荧光探针的回收再利用。     

利用新型荧光银纳米团簇实现谷胱甘肽的快速精确检测

谷胱甘肽(GSH)是一种含有巯基的三肽分子,参与许多细胞内生化过程,具有抗氧化和整合解毒功能,在生物体内以及医学,食品等领域有着极为重要的作用。GSH参与细胞内、体液中的许多重要生化反应,其在人体内含量的变化,相应地提示了人体的健康问题。目前对GSH的检测手段有表面增强拉曼光谱(SERS)、电化学分析、高效液相色谱(HPLC)等,这些方法大都操作复杂、耗时较长或者需要昂贵的仪器。利用一种新型荧光银纳米团簇(Ag NCs)作为探针,通过同时分析银纳米团簇的荧光强度变化以及荧光峰位置移动实现了GSH的高精度快速检测。在检测过程中,GSH分子与荧光探针发生化学反应,改变了荧光探针的光化学特性,其荧光强度因发生猝灭而减弱,且其荧光峰位置因配体的改变也发生移动。通过对照组实验,我们进一步证明了所发展的检测方法对GSH目标具有很好的特异性,综合考察荧光强度和波长的变化数据可以很好地区分GSH以及其他结构类似的分子,同时探针对于多种盐离子及氨基酸等不敏感,能够很好地保证检测的准确性。我们报导的荧光探针合成步骤简单,过程绿色环保,GSH检测的响应速度快、光谱波动较小、相对误差小。进一步的研究有望实现细胞内的GSH高精度检测及成像。     

超分子荧光探针用于环境水样中百草枯的测定

基于七元瓜环可使中性红的荧光增强从而设计荧光探针,当在荧光探针中加入百草枯后荧光强度又逐渐降低,利用此种超分子配合物的荧光“开-关”效应,从而建立了一种新颖的检测百草枯的荧光方法。当百草枯浓度在(1~8)×10-6 mol·L-1范围内,百草枯浓度与探针的荧光强度具有良好的线性关系,且检出限为1.4×10-8 mol·L-1,加标回收率为104%~108%,可在河水样品中检测百草枯的含量。     

外电场下AgCl分子的结构与性质

采用密度泛函理论B3P86方法计算了AgCl基态分子在不同场强条件下的稳定结构及激发态性质。研究了外电场对AgCl基态分子键长、总能量、电子结构、谐振频率和红外光谱强度及前10个激发态的吸收谱、激发能、振子强度的影响。结果表明随着沿Ag-Cl分子轴向电场的逐渐增大, AgCl分子键长逐渐减小;总能量则逐渐增大;电偶极矩单调减小;HOMO能级升高,而LUMO能级、费米能级和能隙均减小。谐振频率随正向电场增加而增大,而红外谱强度则逐渐减小。随着电场的增强,由基态至第1～10激发态的波长增大,激发能减小。     

苯并噻唑类探针取代基结构对金属离子识别性能的影响

荧光探针对识别金属离子具有检测快、选择性好等特点,设计合成了两个苯并噻唑类探针分子6-(3,5-二甲基苯氧基)-5-胺基-2-苯基苯并噻唑(L4)和6-(3,5-二甲基苯氧基)-5-苯甲酰胺基-2-苯基苯并噻唑(L5),并通过探针分子的紫外可见光谱和荧光光谱的变化特征,详细研究了探针L4和L5对溶液中三价金属离子Al~(3+), Fe~(3+), Cr~(3+)和二价金属离子Cu~(2+)的识别性能。研究结果表明,当L4分子中的识别基团胺基与苯甲酰基键合形成L5分子结构时,会发生荧光猝灭,同时获得了开启式荧光探针L4和关闭式荧光探针L5。紫外可见光谱检测结果表明,在有机溶液中,探针L4选择性地识别出Al~(3+), Fe~(3+), Cu~(2+);在含水乙腈溶液中,探针L4高选择性地识别出Cu~(2+);通过紫外光照射下的裸眼检测,含探针L4的试纸有效地识别出纯水中的Cu~(2+);在有机溶液中,探针L5选择性地识别出Al~(3+)和Fe~(3+)。荧光光谱检测结果表明,当探针L4与Fe~(3+), Al~(3+), Cu~(2+)存在于有机溶液中时, L4将发生荧光猝灭;在含水乙腈溶液中,探针L4对Cu~(2+)具有高选择性识别作用;当探针L5与Cr~(3+), Fe~(3+), Al~(3+), Cu~(2+)存在于有机溶液中时, L5的荧光强度依次增强。利用溶液浓度对吸收强度作图,计算出了探针L4对Cu~(2+)的检出限为4.51×10~(-6) mol·L~(-1),络合常数Kα为1.12×10~3 M~(-1);探针L5对Al~(3+), Cr~(3+), Fe~(3+), Cu~(2+)的检测限分别为2.85×10~(-6), 4.79×10~(-6), 5.95×10~(-6)和3.23×10~(-6) mol·L~(-1),络合常数分别为:Kα(Al~(3+))=2.17×10~3 M~(-1),Kα(Cr~(3+))=2.06×10~3 M~(-1),Kα(Fe~(3+))=3.92×10~3 M~(-1),Kα(Cu~(2+))=4.43×10~3 M~(-1)。根据探针与识别金属离子的荧光滴定实验结果,推测出探针分子与金属离子之间形成了1∶1络合物。抗金属离子干扰实验结果表明,探针分子对特定金属离子的识别基本不受其他干扰金属离子的影响。~1H NMR滴定结果表明,探针L4分子结构中胺基和二甲基苯氧基,探针L5分子结构中的苯甲酰胺基和二甲基苯氧基取代基在识别金属离子过程中发挥了重要作用。探针L4在识别Cu~(2+)方面具有更广阔的应用前景。     

用于快速检测铅离子的新型双发射碳点比率荧光探针

碳量子点(CQDs),一类具有显著荧光性能的零维碳纳米材料,是近年来生物传感应用研究的热点材料。铅在化妆品、工业污染等环境的来源众多,吸入或误食吸附在颗粒物上的铅都会造成铅中毒,从而引发各种疾病,因此快速检测Pb²⁺含量在临床医学应用中极其重要。基于CQDs的荧光特性,提出了一种新型蓝、红双发射比率荧光探针用于快速检测Pb²⁺含量,采用透射电子显微镜、荧光光谱等多种手段对探针的形态结构与性质进行表征、检测和分析,对Pb²⁺响应探针的光学特性以及应用可行性等进行了深入研究。双发射碳点通过与自身的对比标定,有效避免外界环境的干扰,从而提高对被测物浓度的检测效果和灵敏度。该探针采用水相合成,步骤简单可重复性高,且能够在短短几秒内对Pb²⁺实现快速响应,检测过程无需借助大型仪器,仅在紫外灯辅助下便可裸眼观测到比率探针荧光从蓝色到红色的变化,可用于即时检测。在符合目前医学应用的Pb²⁺浓度范围0～0.5 mg·L^-1内,两种荧光基团之间的荧光强度比I_BCD...     

外电场作用下CF_3I分子结构特性及性质

CF_3I由于其良好的绝缘性能和较低的液化温度而作为SF_6替代性气体被广泛研究.本文采用量子化学从头计算法在3-21g基组下优化了CF_3I基态分子结构,得到了基态CF_3I分子的键长、分子前线轨道、Mulliken电荷布居数、红外光谱等.并且在此基础上采用杂化CIS/3-21g方法计算了分子的激发态,得到了分子的激发能、波长和振子强度.结果显示基态CF_3I分子在外电场作用下分子结构发生形变,分子能隙减小,分子活性变强;分子前9个激发态变化明显,随着外电场强度增加,第1、2、9激发能先增大后减小,第3、4、5、6、7与8激发能逐渐减小;第1、2、9激发波长先减小后增大,3、4、5、6、7与8激发波长逐渐增大;在0～0.009 a.u.外电场作用下,第1、2、4、5、6激发态振子强度为零,属于禁阻跃迁,第3、9激发态振子强度随着电场强度的增加而减小,第7、8激发态振子强度随着外电场强度的增加而增加.     

一种环境友好型的PAEs荧光光谱衍生分子修饰方法

传统的PAEs荧光检测法主要是借助与具有荧光光谱特征的牛血清蛋白反应而进行的间接荧光检测。以六种被列入环境优先控制污染物的PAEs为例,对其苯环上4号位进行分子修饰,以期获得具有高荧光光谱强度的PAEs衍生物,利于直接荧光检测,同时利用分子对接的方法模拟PAEs分子与牛血清蛋白的结合,计算与牛血清蛋白结合后的PAEs分子荧光光谱强度,并将其与PAEs衍生物的荧光光谱强度进行比较,筛选荧光光谱显著增强的PAEs衍生物,为PAEs衍生物的检测提供理论支持。研究结果显示：共设计出30种PAEs衍生物,其中18种PAEs衍生物的荧光光谱强度增强显著（100%～1850%）,说明PAEs衍生物直接荧光检测的强度相较于PAEs分子间接荧光检测的强度具有显著增强作用;18种PAEs衍生物的功能特性（以稳定性、绝缘性作为代表）受到的影响较小,且PAEs衍生物的环境持久性均有所降低,生物富集性无明显变化,迁移性和毒性有不同程度的降低。此外,PAEs衍生物之间、与其他具有荧光特性的物质（多环芳烃）之间不存在干扰（最小波数差大于荧光光谱检测分辨率0.30 nm）,占用轨道能量及最正密立根氢原子电荷数是导致PAEs衍生物具有荧光光谱特性的主要控制因素。     

基于氮化碳量子点和金纳米簇的尿液中胰蛋白酶高灵敏度荧光检测研究

胰蛋白酶生产障碍会阻碍消化过程,在胰腺组织以外产生胰蛋白酶可能涉及癌症过程。胰蛋白酶明显增高可能表明胰腺炎或者慢性肾功能衰竭等病症的发生,它的含量与生命活动息息相关,简单并及时监测胰蛋白酶含量对疾病的诊断具有重要的参考价值。因此,该研究构建氮化碳量子点和金纳米簇（CNQDs和AuNCs）的复合纳米探针检测尿液中胰蛋白酶含量。通过煅烧三聚氰胺获得氮化碳粉末,并将氮化碳粉末作为原材料通过溶剂热法合成了发射峰在440 nm的类石墨相氮化碳量子点（CNQDs）。牛血清蛋白（BSA）和CNQDs两者同时作为还原剂和稳定剂合成了金纳米簇（AuNCs）,且AuNCs吸附在氮化碳量子点表面形成具有双发射性质的CNQD-AuNCs复合荧光纳米材料,发射波长分别为440 nm（CNQD的发射波长）和650 nm（AuNC的发射波长）。由于胰蛋白酶能特异性的水解CNQD-AuNCs中的牛血清蛋白,导致牛血清蛋白结构被破坏,从而破坏AuNCs稳定的结构,使得其沉淀聚集,引起荧光猝灭。由于AuNCs产生的650 nm处的荧光被猝灭,而CNQDs产生的440 nm处的荧光不受影响,CNQD-AuNCs复合荧光纳米探针产生比率型荧光信号响应。利用比率型荧光信号的变化情况,可实现胰蛋白酶的定量检测。CNQD-AuNCs探针在650 nm处的荧光强度随着胰蛋白酶浓度的增加而逐渐下降,而440 nm处的荧光强度保持不变。胰蛋白酶在一定浓度下（10～400 ng·mL-1）与荧光强度比值（I₆₅₀/I₄₄₀）呈良好的线性关系,建立的线性方程为y=2.471-0.004x[y为荧光强度比值（I₆₅₀/I₄₄₀）,x为胰蛋白酶的浓度（ng·mL-1）],相关系数（R2）高达0.997 6,检测限为1.5 ng·mL-1（3倍信噪比）。利用建立的荧光法检测尿液中胰蛋白酶（实际含量分别为50,100和150 ng·mL-1）,检测得到的平均含量分别为52.41,103.25和154.39 ng·mL-1。尿液中胰蛋白酶的回收率和相对标准偏差范围分别为102.93%～104.82%和3.57%～4.16%。结果表明,利用荧光强度比值（I₆₅₀/I₄₄₀）作为胰蛋白酶定量检测的信号,能够校正外界影响因素的干扰,克服单一荧光信号易受光漂白、探针浓度、激发光强度以及光程等外界因素的影响的缺点。基于CNQD-AuNCs建立的比率型荧光分析方法能够实现尿液中胰蛋白酶的高灵敏度和高特异性检测,为实际样品中胰蛋白酶的检测提供科学依据。     

小分子荧光探针的光谱

运用紫外-可见光谱、荧光光谱法研究了以二烯酮为荧光团的1,5-双(4-羟基)-1,4-戊二烯-3-酮探针的光学性质.一系列pH滴定实验表明探针的紫外吸收和荧光光谱随溶液的pH值的改变而变化.同时,探针紫外吸收光谱发生明显的红移,荧光光谱强度也随之变化,在碱性条件下,相对荧光强度浮动较大.解离常数pK<,α>为9.25,...     

NMR探针分子表征分子筛酸性的理论研究

用量子化学计算的方法,采用三甲基氧膦（TMPO）、吡啶和三甲基膦（TMP）3种探针分子,研究了工业上常用的3种分子筛H-Y、H-ZSM5、H-MOR的Bronsted酸强度,讨论了这3种探针分子化学位移与Bronsted相对酸强度的相关性,揭示了各种探针分子在表征Bronsted酸性上的适用性.