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基于Schiff碱及其配合物为载体的离子选择性电极的研究

作　者: 吴峡
导　师: 袁若
学　校: 西南大学
专　业: 无机化学
关键词: Schiff碱及其金属配合物离子选择性电极离子载体
分类号: O657.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

离子选择性电极是近代发展起来的一类新型的化学传感器。它因其线性范围宽、响应迅速、所需样品少、所需仪器简单、操作方便等优点被广泛用于水质分析、生物医学和临床化验、化工及矿冶地质部门。无论是从缬氨霉素到杯芳烃超分子化学,还是从季铵盐到仿生阴离子载体,离子选择性电极的发展总是以离子载体类型的不断拓宽,电极响应性能的不断优化为发展方向。近年来,一些Schiff碱及其金属配合物由于具有特殊的平面结构及适宜的路易斯酸度而被用作离子选择性电极的电活性物质,促进了离子选择性电极的发展。本文简要介绍了离子选择性电极的发展过程,并着重于设计、合成新型的Schiff碱及其配合物,将其作为离子载体用于PVC聚合膜离子选择性电极的研究中。1.双安息香Schiff碱双核铜配合物为中性载体的硫氰酸根离子选择性电极的研究设计合成了N,N’-双[安息香缩（2-氨乙基）]乙二酰胺双核铜化合物[Cu（Ⅱ）-BBAE]和（2-氨乙基）乙二酰胺双核铜化合物[Cu（Ⅱ）-AEED]两种金属配合物,并分别作为中性载体,制得PVC膜离子选择性电极。由于膜的组成直接影响电极的响应性能,因此采用正交实验法对膜的组成进行了一系列的优化。5.0 wt.%[Cu（Ⅱ）-BBAE],65.0wt.%增塑剂ο-NPOE,和30.0wt.%PVC,显示出了最佳的电势响应性能。该离子选择性电极对硫氰酸根反Hofmeister选择性序列:SCN^->ClO₄^->Sal^->I^->NO₃^->Br^->Cl^->NO₂^->SO₃^2->F^->H₂PO₄^->SO₄^2-。该电极在pH=5.0的磷酸盐缓冲体系中对8.5×10^-7-6.8×10^-1mol/L浓度范围内的SCN^-呈斜率为-59.0 mV/dec（25℃）的近能斯特响应,检测下限为5.0×10^-7mol/L,并采用交流阻抗研究了电极的响应机理。2.基于二（2-乙酰吡啶）丁烷-2,3.二腙的铈离子选择性电极的研究设计合成了二（2一乙酰毗啶）丁烷.2,3-二腙[BAPB],该分子结构中N原子的给电子特性可以提高载体对过渡金属和重金属离子的结合能力。实验结果表明,当膜组成为4.9 wt.%[BAPB],64.1 wt.%增塑剂ο-NPOE, 31.0 wt.%PVC,内充液为1.0 mol/L KNO₃和1.0×10^-3mol/L Ce（NO₃）₃时,该电极对Ce³⁺有比较好的响应。该电极在3.2×10^-6-1.0×10^-2 mol/L的浓度范围内表现出斜率为19.3 mV/dec的近能斯特响应,检出限2.1×10^-6 mol/L,pH范围为2.0-5.7,响应时间约为1min,十次重复测量的标准偏差小于±1.0 mV。另外,本实验采用了分别溶液法测定了该电极的选择性系数,并与已经报道的铈离子选择性电极进行比较,结果表明该铈离子选择性电极的选择性比较好。最后,本实验采用交流阻抗和等效电路图研究了电极的响应机理,说明Ce³⁺从水中进入膜的过程受扩散控制。3.基于2,6-二氨基吡啶大环Schiff碱为载体的铈离子选择性电极的研究设计合成了一种新的2,6-二氨基吡啶大Schiff碱,它独特的环状结构,以及给电子原子O、N的存在提高了电极对金属离子的敏感性和选择性,使之构建了一支性能比较优良的铈离子选择性电极。实验结果表明,当膜组成为4.6wt%离子载体,62.7wt%增塑剂ο-NPOE,31.7wt.%PVC,1wt%的离子添加剂NaTPB时,该离子载体制得的电极对Ce³⁺有比较好的响应。该电极在1.0x10^-5-1.0x10^-2 mol/L的浓度范围内表现出斜率为19.0mV/dec的近能斯特响应,检出限5.0x10^-6mol/L mol/L,最佳pH为3.0,电极在1.0x10^-2 mol/L的Ce（NO₃）₃溶液（pH 3.0）中连续测试近8 h,电极电位读数的标准偏差为2.3 mV（n=45）。电极交替在1.0x10^-3 mol/L和1.0x10^-2mol/L的Ce（NO₃）₃溶液中测试2 h,电极电位读数的标准偏差为1.1 mV（n=lO）。响应时间40 s。另外,本实验采用了分别溶液法测定了该电极的选择性系数,并与已经报道的铈离子选择性电极进行比较,结果表明该铈离子选择性电极的选择性比较好。最后,将该电极用于自来水中铈离子回收率的测定,结果表明该铈离子选择性电极可以被用于样品中铈离子的检测。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
第一章绪论  9-19
  1.1 离子选择性电极  9-11
    1.1.1 离子选择性电极的产生  9
    1.1.2 离子选择性电极的原理  9-10
    1.1.3 离子选择性电极的主要性能参数  10-11
    1.1.4 离子选择电极分析方法的特点  11
  1.2 离子载体的发展  11-15
    1.2.1 阳离子离子载体  12-13
    1.2.2 阴离子载体  13-15
  1.3 Schiff碱及其金属配合物在离子选择性电极上的应用  15-18
  1.4 本文研究思想  18-19
第二章 N,N-双[安息香缩(2-氨乙基)]乙二酰胺双核铜化合物在硫氰酸根离子选择性电极研究中的应用  19-26
  2.1 前言  19-20
  2.2 实验部分  20-21
    2.2.1 仪器和试剂  20-21
    2.2.2 载体Cu(Ⅱ)-BBAE、Cu(Ⅱ)-AEED的合成  21
    2.2.3 电极的制各  21
  2.3 结果和讨论  21-25
    2.3.1 电极的电势响应性能  21-23
    2.3.2 pH对电极响应的影响  23
    2.3.3 选择性  23-24
    2.3.4 硫氰酸根响应机理  24-25
  2.4 结论  25-26
第三章基于二(2-乙酰吡啶)丁烷-2,3-二腙的铈离子选择性电极  26-34
  3.1 前言  26
  3.2 实验部分  26-28
    3.2.1 仪器和试剂  26-27
    3.2.2 离子载体的合成  27
    3.2.3 传感器构建  27-28
  3.3 结果与讨论  28-33
    3.3.1 Ce_(3+)离子选择性电极的选择性  28-29
    3.3.2 膜组成的影响  29-30
    3.3.3 内充液对电极性能的影响  30-31
    3.3.4 校准曲线和可重复性  31
    3.3.5 pH值的影响  31-32
    3.3.6 动态响应时间  32
    3.3.7 电极的交流阻抗图  32-33
  3.4 结论  33-34
第四章基于2,6-二氨基吡啶大环Schiff碱为载体的铈离子选择性电极的研究  34-40
  4.1 前言  34
  4.2 实验部分  34-36
    4.2.1 仪器和试剂  34-35
    4.2.2 载体的合成  35
    4.2.3 电极的制备  35-36
  4.3 结果和讨论  36-39
    4.3.1 电极电位的响应特性  36
    4.3.2 膜组成对电极性能的影响  36-38
    4.3.4 pH值对电极性能的影响  38
    4.3.5 动态响应时间  38-39
    4.3.6 电极的应用  39
  4.4 结论  39-40
参考文献  40-47
作者发表论文  47-48
致谢  48

基于Schiff碱及其配合物为载体的离子选择性电极的研究

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