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荧光化学传感器(Fluorescence Chemical Sensor)是基于传感器分子(Sensor/Indicator)与目标分子作用引起传感器分子产生物理化学变化而达到检测目的一种方法。该方法具有高灵敏度、高选择性、即时在线等优点实现对目标分子的检测,因而荧光化学传感器在生物化学、医疗诊断、药物化学和环境监测等领域具有广泛的应用前景,近几年对其的研究引起了人们的广泛关注。本论文设计合成了两种检测氰离子的荧光化学传感器,并就传感器对氰离子检测的光物理化学性质进行了研究。
论文概述了氰化物(氰离子)的应用及危害,介绍了检测氰离子的传统方法,及荧光化学传感器对氰离子检测方法研究进展,系统阐述了荧光化学传感器的检测机理,并对反应型荧光化学传感器的检测机理做一简单介绍,详细叙述了反应型荧光化学传感器对氰离子进行检测的最新研究进展。
论文对设计合成的两种氰离子反应型荧光化学传感器的结构做一讨论和分析。由于传感器分子中引入了分子内盐结构,即磺酸盐或者碘盐的结构,使得噻唑结构中氮原子成为氮正离子,这样体系中苯并噻唑部分具有很强的拉电子能力;而体系的另一部分为N,N-二甲基吡啶基为富电子基团,二者之间使用共轭双键连接,这样使得所合成的化合物成为一个D-π-A体系。论文还系统研究了该化合物的光学性质,包括对铜离子键合、以及对氰离子选择性检测的光化学变化。通过滴定实验表明:该化合物在水溶液中不受众多阴离子的干扰,实现对氰离子的高效检测。
论文对化合物1的晶体结构进行了简单探讨,晶体结构图表明化合物1处于受光激发的TICT态,即给电子基团的N,N-二甲基吡啶基所处在的平面与苯并噻唑盐平面相互垂直,正负电荷完全分离的分子内扭转电荷转移态。推测体系在加入铜离子后会由于非辐射的电子转移衰变回到基态,N,N-二甲基吡啶基的给电子被削弱,其所处在的平面与苯并噻唑盐平面不再相互垂直,体系回到LE态,其荧光被淬灭。
论文对化合物1在水溶液中加入铜离子的前后化合物光物理性质的变化机理进行了简要的分析。实验表明:化合物1具有很强的推拉电子能力,易受光激发出与激发态,由于激发态是亚稳状态易通过衰变过程回到基态。在未加入铜离子时,化合物1通过辐射跃迁回到基态,表现出很强荧的光发射以及再高波数的紫外吸收,此时溶液呈洋红色;加入铜离子后,由于体系与铜离子的键合,导致体系通过非辐射的分子内电荷转移回到基态,这样淬灭了体系的荧光发射以,并同时导致紫外吸收出现蓝移,此时溶液呈现淡黄色;在向体系加入众多阴离子是,体系没有明显颜色变化,说明众多阴离子不能对化合物1与铜离子的键合物产生影响,仅有在加入氰离子后体系紫外吸收与荧光发射均出现明显的变化,于此同时溶液的颜色变化为洋红色。结果表明:化合物1对可以实现在水溶液中对氰离子进行专一、高效、迅速的识别,其检测下限可达0.31ppm。化合物1通过与罗丹明B的对比测试对其量子产率进行了测定,计算出化合物1的量子产量为0.046.