基于有机硅化合物的反应型氟离子荧光化学传感器

作为半径最小的阴离子,氟离子(F-)表现出高电负性和强碱性,因而具有特殊的化学性质。由于F-与人类健康和环境安全密切相关,因此它的识别与检测已引起了人们极大的关注。到目前为止,用于选择性检测F-的荧光化学传感器已有大量报道,这些传感器主要是基于有机硼化合物和氢键质子给体。与这些传感器相比,反应型传感器具有更高的选择性,并且更容易在水环境中实现F-检测。本文根据有机硅化合物的结构不同,分别综述了近年来基于硅醚、硅炔及其他有机硅化合物的反应型氟离子荧光化学传感器的合成研究进展,其中包括本课题组的一些研究工作。     

基于高选择性氟液相传感膜的离子传感器

本文基于国外最新研究工作,系统总结了电位型传感器中的一种新型传感膜——氟液相传感膜。对构成氟液相传感膜的所有组分:氟溶剂、溶解在氟溶剂中的亲氟离子交换剂和亲氟离子载体以及对氟溶剂起支撑作用的惰性微孔支撑膜等进行了全面归纳,重点讨论了这4种因素对传感器性能的影响。指出目前使用的亲氟离子交换剂分子和亲氟离子载体分子均含有2—8根链长为6—10的全氟碳链。氟液相传感膜具有优于传统PVC膜的检测下限,其中通过三维有序大孔碳以固体接触方式构建的氟液相传感膜电位传感器对Ag⁺的探测下限可达3.8×10^-11 mol/L。氟液相传感膜还具有十分出色的选择性,无任何离子载体的空白氟液相传感膜的选择系数对数值log K_i,J^pot的跨越宽度达16—18,比无载体的PVC膜宽8个数量级。这类全新的氟液相传感膜构建的电位型离子传感器将以其独特的优势在环境监测、食品卫生,尤其是在医疗诊断、生物物质检测中展示出不可替代的作用。     

锌离子选择性化学传感器的设计与合成

设计合成了带有羟基取代的希夫碱配体化合物1，并研究了它与Zn²⁺的识别。结果发现：在乙腈溶剂中化合物1与Zn²⁺络合后有强的荧光发射，而化合物1除了与Mg²⁺络合后有弱的荧光发射被检测到外，与其他离子(Fe²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, Pb²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺)络合后未检测到荧光发射。研究结果还表明：化合物1能在多组分混合离子中对Zn²⁺进行选择性检测而不受其他离子的干扰。为了弄清配体化合物1与Zn²⁺络合的反应机理，本论文还设计合成了其他三个带羟基取代的希夫碱配体化合物2-4，并分别研究了它们与Zn²⁺的识别。     

用基于苯并噻二唑衍生物的比率荧光化学传感器检测氟离子

研制了一种用于灵敏、快速地检测溶液中的氟离子的基于苯并噻二唑衍生物的荧光传感器.4,7-二溴-2,1,3-苯并噻二唑与三甲基硅基乙炔通过Sonogashira偶联反应得到二取代的三甲基硅基乙炔苯并噻二唑;将该化合物用于检测氟离子,分析了检测灵敏度和选择性.结果表明,在乙腈和水(V/V=9∶1)混合溶液中,合成的苯并噻二唑衍生物的最大发射波长峰值为455nm(激发波长为376nm);就所测试的F-,Cl-,Br-,I-,ClO4-,AcO-,NO3-,H2PO3-,CN-和HSO4-等阴离子而言,仅F-可以脱除三甲基硅保护基使得该化合物荧光最大发射波长蓝移至435nm,荧光强度降低60%,且最低检测限可达4.5×10-8 mol/L.因此,二取代的三甲基硅基乙炔苯并噻二唑应用于氟离子检测具有很好的灵敏度和选择性.     

水相氟离子“turn-on”型荧光传感器

设计合成了香豆素衍生物7-(二叔丁基(对硝基苯醚)硅醚)-4-甲基-香豆素(DTBPC),研究了DTBPC在水中对氟离子的响应.在表面活性剂十六烷基溴化铵的存在下,氟离子断裂DTBPC分子中的Si—O键释放出香豆素阴离子,从而"turn-on"体系的荧光,响应时间为3min,检测限为60ppb,表明DTBPC可以在水相中高灵敏、快速、专一性地识别氟离子,有望应用于氟离子荧光传感器.     

含萘基团对铜离子具有高选择性的化学荧光传感器

设计合成了一种新的含萘和二吡啶甲基胺基团的荧光化学传感器,并利用氢核磁波谱和质谱对其结构进行了表征.新合成的化合物在乙腈和水的混合溶液中表现出了对二价铜离子具有很高的选择性,与铜离子的键合增强了其荧光强度.荧光和激发光谱滴定表明传感器分子与二价铜离子形成了1∶2的配合物.化合物中的N与铜离子的配位阻止了电子从分子中的N...     

以香豆素为基用以识别氟离子的新型比色化学传感器

以香豆素作为发色团,胺基为氢键供体,以—C=N键桥连设计合成了可裸眼识别氟离子的化学传感器1,吸收光谱结果表明在乙腈中它可以高选择性识别氟离子,光谱红移70 nm,溶液颜色由橙色变为蓝紫色,而其它离子如Cl~-、Br~-、I~-、H_2PO_4~-、NO_3~-、HSO_4~-、AcO~-等均不影响其对氟离子的识别.通过核磁共振氢谱考察其识别机制,表明传感分子通过与F~-间的质子转移反应,使整个体系电子离域,分子内电荷转移更加显著,从而导致吸收光谱大幅红移.     

离子印迹传感器选择性检测甲基汞离子

以甲基汞离子为模板,8-巯基喹啉为荧光单体,4-乙烯基吡啶为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,偶氮二异丁腈为引发剂,在二甲基亚砜溶剂中,以聚偏氟乙烯(PVDF)膜为支撑介质,65℃热引发聚合得到甲基汞离子荧光印迹膜。该荧光印迹膜对甲基汞离子表现出良好的选择性,最佳吸附pH值为7.0,检出限为3.5×10-7mol/L。将其作为吸附材料,应用于河水中甲基汞离子的分离和富集,结果表明,该传感器对甲基汞离子具有良好的选择性和特异性吸附,回收率达93%～104%。     

基于有机硼化合物的氟离子化学传感器的研究进展

有机硼化合物中硼原子空的pπ轨道使其作为路易斯酸能够选择性的结合氟离子,其与氟离子的结合破坏了硼中心与芳香取代基的pπ-π共轭,引起有机硼化合物光物理性质的变化。因此,有机硼化合物能够用作高选择性的氟离子化学传感器材料。本文从具有三芳基硼结构及硼酸或硼酸酯结构的这两类有机硼化合物出发,综述了它们在氟离子化学传感器领域的研究进展。     

离子选择性电极法测定离子液体中的氟离子

旨在探究是否可以利用离子选择性电极法对1-己基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(HmimBF4)离子液体复合材料中的氟离子进行测定。得到线性响应范围是pF值为0.5～5,最适pH值为6,其检出下限为1×10~(-5) mol/L,精密度为0.75%,测得离子液体的氟离子浓度为0.19 mol/L,加标回收率为97.2%～103.2%。结果表明,离子选择性电极法具有实际操作简单、响应时间短、加标回收率高、精密度高、准确度好等优点,所以可用于样品的测定。     

Visible Colorimetric Sensor for Fluoride Ion Based on o-Phenylenediamine

A new chromogenic receptor based on 1,2-phenylene derivative containing thiourea moieties is synthesized and examined for its anion binding ability by UV–Vis and ¹H NMR studies. The results show that the receptor has selective colorimetric sensing of fluoride over all other anions like chloride, bromide, iodide, nitrate, hydrogen sulphate and acetate.     

Highly Selective Fluoride Recognition by a Simple Carbazole-based Hydrozone Derivative

A simple carbazole hydrozone derivative(1) was synthesized and used as an optical probe for fluoride recognition in CH₃CN. Receptor 1 exhibited colorimetric and fluorescent dual-channel response to fluoride anions. Addition of fluoride to a receptor 1 solution in CH₃CN induced a distinct color change from yellow to magenta, the solution also displayed significant fluorescence blue shift. Thus receptor 1 exhibited dual-channel responses to fluoride with a high selectivity and sensitivity.     

A Selective Colorimetric and Fluorescent Chemodosimeter for Fe(III) Ion Based on Hydrolysis of Schiff Base

An efficient colorimetric and fluorescent chemodosimeter for Fe³⁺ ions has been developed. The visual and fluorescent behaviors of the receptor toward various metal ions were investigated. The receptor shows exclusive response toward Fe³⁺ ions and also distinguishes Fe³⁺ from other cations by color change and unusual fluorescence enhancement in aqueous solution (DMSO/H₂O = 4/1, v/v). Thus, the receptor can be used as a colorimetric and fluorescent sensor for the determination of Fe³⁺ ion. The visual color detection limit and the fluorescence detection limit of the receptor towards Fe³⁺ are (1.42 ± 0.01) × 10^‐6 M and (7.57 ± 0.04) × 10^‐8 M, respectively. The fluorescence microscopy experiments showed that the receptor is efficient for detection of Fe³⁺ in vitro, developing a good image of the biological organelles. The sensing mechanism is proven to be a hydrolysis process     

香豆素席夫碱的Zn~(2+)识别研究

本文采用5-氯水杨醛与3-氨基-7-羟基香豆素反应,合成了一种新型的香豆素席夫碱化合物3-[(5-氯-2-羟基-苯亚甲基)-氨基]-7-羟基香豆素(CHB),并采用核磁共振谱、红外光谱和元素分析对合成产物进行了表征。在CHB的DMF溶液中加入Zn~(2+)后,溶液颜色由无色迅速变为橙黄色,紫外-可见吸收光谱最大吸收峰从380nm红移至480nm,而且该分子探针在580nm处的荧光强度显著增强,可通过肉眼观察到其在365nm紫外灯下发出的荧光,而其它离子加入后荧光变化微弱或没有变化,表明该分子探针对Zn~(2+)的选择性较高。吸收光谱的变化表明CHB与Zn~(2+)形成了新的配合物,采用Benesi-Hilderbrand方程计算出两者之间以1∶1配位。     

Highly Sensitive and Selective Chemosensor for Cu2+ Based on a Schiff Base

A new chemosensor based on a Schiff base has been designed and synthesized. Its sensing behavior toward various metal ions was investigated by fluorescence and UV-Vis spectroscopic methods. The fluorescence of the sensor was quenched and the color rapidly changed from canary yellow to brown after the addition of Cu²⁺, while no changes occurred after the addition of other metal ions, which contributes to the detection of Cu²⁺ with naked eyes. The fluorescence quantum yield of the ligand was calculated to be 0.52. The corresponding detection limit of Cu²⁺ was 5.721×10^-7 mol/L, and the 1:1 binding mode of the sensor with Cu²⁺ was revealed by Job's plot.     

一种用于测定F~-的比色和荧光增强型探针

本文利用F~-诱导Si-O键断裂原理,以亚胺香豆素为荧光母体,成功合成了一种比色和荧光增强型F~-探针。由于探针分子结构的自由度较大,探针分子在乙腈溶液中几乎没有荧光,但随着F~-的加入探针分子经历Si-O键断裂及成环反应,生成具有较大共轭结构的环化产物,其荧光光谱在452nm处呈现出显著的荧光峰(荧光增强46倍),溶液的最大吸收峰由315nm红移至410nm(红移95nm),溶液的颜色由无色变为黄色,适用于裸眼检测F~-。同时,相对于其他阴离子(Cl~-、Br~-、I~-、NO_3~-、HSO_4~-、ClO_4~-、Ac~-、H_2PO_4~-),探针分子表现出对F~-较高的选择性和专一性,为F~-浓度的监测提供了一种高效灵敏的分析方法。     

N3染料对F-的高选择性光学传感性质

采用紫外-可见吸收光谱和荧光光谱滴定方法研究了N3染料, cis-Ru(H2dcbpy)2(NCS)2 (H2dcbpy=4,4’-二羧酸-2,2’-联吡啶), 在二甲基亚砜(DMSO)溶液中对F-、Cl-和Br-的识别行为. 结果表明, F-能引起N3的吸收光谱和荧光光谱的明显变化, 能作为高选择性的荧光和比率色度F-传感器. N3与F-相互作用产生一个大的荧光增强因子40, 在已报道的基于Ru(II)配合物的F-传感器中较为罕见.     

基于吡咯希夫碱衍生物的荧光比色阴离子探针

根据受体-信号体耦合法, 设计合成了一个基于吡咯希夫碱衍生物的阴离子探针分子(1,4-二醛基吡咯-2,4-二硝基苯基二腙, 1). 通过核磁共振谱、质谱和元素分析表征其结构|利用荧光光谱, 紫外可见吸收光谱以及¹H NMR等手段研究了其与F^－, AcO^－, , Cl^－, Br^－, I^－等离子的作用. 结果表明: 在不借助任何其它昂贵仪器的情况下, 该探针分子在干燥的DMSO溶液中能够较好地比色检测F^－, AcO^－和 离子. 此外, F^－, AcO^－, 等离子的加入使得1的荧光强度在413 nm处发生了明显的增强, 而其它被测的阴离子仅引起1的荧光略微变化, Job法实验得出该探针与阴离子的结合比为1∶1.     

Highly Selective Ratiometric Fluorescent Sensor for La(III) Ion Based on a New Schiff's Base

Abstract

A new fluorescent sensor containing (1-[({2-[2-(2-hydroxy-1-naphtyl)-3-(2-{[(E)-1-(2-hydroxy-1-naphtyl)methylidene]amino}ethyl)-1-imidazolidinyl]ethyl}imino)methyl]-2-naphthol) (L) was synthesized for detecting La(III) ratiometrically. Complexation between compound L and La(III) with high selectivity gives rise to a great red shift from 430 to 522 nm in the emission spectra. In acetonitrile, the red shift of fluorescent emission upon lanthanium binding is due to the formation of a 1:1 metal–ligand complex. The fluorescent probe exhibits high selectivity over other common metal ions and mono-, di-, and trivalent cations, which indicates good selectivity for La(III) ions over a large number of interfering cations.