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基于有机小分子的光学和电化学传感技术的研究

作　者: 徐艳梅
导　师: 林中祥
学　校: 南京林业大学
专　业: 化学工艺
关键词: 离子载体离子添加剂增塑剂离子选择性光极 BODIPY 杯[4]芳烃 pH探针近红外比率灸光染料电位测定
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本论文以化学传感技术的理论研究为基础,针对当前载体型化学传感器的研究热点及其在应用中存在的问题,研制并应用新型光化学、电化学探针和传感材料,致力于提高载体型化学传感器的各项性能,如选择性、稳定性、响应时间、使用寿命、应用范围等。本论文合成了基于杯芳烃的荧光探针,其结构包含离子载体和荧光发色团两部分。离子载体部分对离子的选择性起着重要的作用,本文中的离子载体采用杯[4]芳烃结构；而发光团是硼-二吡咯亚甲基染料BODIPY,起着信号传导作用,当分析物质与离子载体作用后,导致发光团光物理性质(荧光强度、量子产率和荧光寿命等)变化,传感器具有灵敏度高、选择性好、响应时间短且可进行原位检测等特点.主要研究成果包括：(1)设计并制备基于杯[4]芳烃-BODIPY的荧光传感器,设计并合成出对pH有响应的新型离子选择性荧光化学传感器。首先以对叔丁基杯[4]芳烃为原料,进行脱叔丁基反应,得到杯[4]芳烃。再对杯[4]芳烃进行甲酰化反应,与2,4-二甲基吡咯反应生成染料1。或者是将杯[4]芳烃上的两个羟基进行丙基化反应,从而得到5,17-二甲酰基-25,27-二丙氧基杯[4]芳烃,再与2,4-二甲基吡咯反应得到染料2。并对这两种染料在均相中的光谱性质进行表征,再将基于杯[4]芳烃-BODIPY的荧光染料1溶入到加有不同增塑剂或者离子交换剂的PVC高分子膜中,通过对比不同增塑剂或者离子交换剂发现,含有探针1和阴离子交换剂TDMACl在PVC高分子膜中对pH有较好的响应性,这种光极的响应机理是基于显色离子载体中杯[4]芳烃在传感膜中的质子化-去质子化平衡移动来实现的。本论文同时对近红外荧光探针的设计合成进行了初步的探索工作,尝试对荧光染料1进行共轭体系的扩展以得到近红外染料,从而可以在使用过程中避免生物体的自发光的影响,有望拓宽光极传感器的性能和应用范围。(2)设计并制备了一种基于BPA (N-苄基-N-异丙基-丙烯酰胺),BA(丙烯酸丁酯)和钙离子载体AU-1的,不需要加增塑剂的共聚物膜离子选择性电极。该传感器是由BPA,BA,和AU-1通过化学合成的方法制备而成。论文中首先详细研究了自由AU-1作为离子载体均匀分散在PVC膜中时对钙离子的选择性,然后考察了通过共价键固定的AU-1在BPA-BA体系中的传感响应性质,这种一体化的传感器,不需要在膜中另外加离子载体,其性质与传统含自由离子载体的PVC-DOS/PVC-NPOE膜类似,BPA-BA共聚高分子在制备性质优良的膜电极等方面有重要意义和应用价值。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-28
  1.1 化学传感器  9-10
    1.1.1 化学传感器概念  9
    1.1.2 化学传感器的机理  9
    1.1.3 化学传感器的分类  9-10
    1.1.4 载体型化学传感器  10
  1.2 离子选择性传感膜的主要成分及其性质要求  10-15
    1.2.1 传感膜骨架材料  10-11
    1.2.2 增塑剂  11-12
    1.2.3 离子载体  12-14
    1.2.4 离子交换剂  14-15
  1.3 传感器的发展趋势  15
    1.3.1 低检测限  15
    1.3.2 新型高分子传感材料的研究  15
    1.3.3 微型化应用  15
  1.4 载体型光化学传感器—离子选择性光极(Optode)  15-23
    1.4.1 荧光探针  15-18
      1.4.1.1 荧光探针分类  16
      1.4.1.2 荧光的发射原理  16-17
      1.4.1.3 荧光物质的分子结构  17-18
    1.4.2 近红外荧光探针  18
    1.4.3 离子选择性光极响应机理  18-20
    1.4.4 性能参数  20-21
      1.4.4.1 选择性  20
      1.4.4.2 检测范围  20
      1.4.4.3 响应时间  20-21
    1.4.5 显色离子载体  21-22
    1.4.6 离子选择性光极的研究现状及发展前景  22-23
  1.5 本文的研究意义及内容  23-25
  参考文献  25-28
第二章基于杯[4]芳烃的BODIPY传感器的合成和性质表征  28-76
  2.1 前言  28-33
    2.1.1 pH荧光探针  28-29
    2.1.2 比率荧光探针  29
    2.1.3 pH检测的比率测量探针  29-30
    2.1.4 杯芳烃  30-31
      2.1.4.1 杯芳烃的特点  30-31
      2.1.4.2 杯芳烃分子离子识别作用  31
    2.1.5 BODIPY  31-33
  2.2 实验部分  33-38
    2.2.1 试剂  33-34
    2.2.2 仪器  34
    2.2.3 基于杯[4]芳烃的BODIPY的荧光染料1和染料2的合成  34-37
      2.2.3.1 Dye 1的合成  34-35
      2.2.3.2 Dye 2的合成  35-37
    2.2.4 染料1和染料2的均相检测  37
    2.2.5 传感膜的制备与检测  37-38
  2.3 结果与讨论  38-71
    2.3.1 染料1的合成产物的结构表征  38-42
    2.3.2 染料1在均相溶液中的光谱性质  42-46
    2.3.3 染料2的合成产物的光谱表征图  46-49
    2.3.4 染料2在均相溶液中的光谱性质  49-52
    2.3.5 基于染料1的对pH有响应的光极传感膜的制备与表征  52-71
      2.3.5.1 染料1在膜里对pH响应的荧光探针  52-60
      2.3.5.2 染料1在膜里对pH响应的比率荧光探针  60-71
  2.4 小结  71-72
  参考文献  72-76
第三章基于钙离子载体的高分子膜的合成和表征  76-92
  3.1 前言  76-77
  3.2 实验  77-81
    3.2.1 试剂  77
    3.2.2 钙离子载体AU-1的合成  77-79
    3.2.3 共聚物BPA-BA的制备  79-80
    3.2.4 离子选择性电极膜的制备和EMF测量方法  80-81
  3.3 结果与讨论  81-87
    3.3.1 钙离子载体及其合成原料结构的表征  81-84
    3.3.2 聚合物膜的形态表征  84-85
    3.3.3 钙离子载体AU-1的响应曲线  85-87
      3.3.3.1 自由的钙离子载体AU-1在PVC-DOS中响应性和选择性  85
      3.3.3.2 AU-1-BPA-BA聚合物中AU-1对钙离子的响应曲线  85-87
    3.3.4 小结  87
  3.4 探索与展望  87-89
  参考文献  89-92
详细摘要  92-93
Abstract  93-94

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