汞離子及氟離子傳感器的設計與合成.pdf

1、近年來，化學傳感器由于具有實時響應性等優(yōu)點越來越受到人們的青睞。能夠方便、快捷、靈敏地檢測出對環(huán)境造成嚴重污染的有毒離子諸如汞離子和氟離子等更是具有重要的學術意義和應用價值。本論文設計合成了A、B、C、D四種有機功能小分子，通過分別加入汞離子和氟離子來誘導這些分子組成的傳感體系結構發(fā)生改變，從而使其熒光和紫外信號發(fā)生改變，發(fā)展成為了針對汞離子或氟離子以及同時針對汞離子和氟離子的相應生色、熒光傳感器。同時也發(fā)現(xiàn)了已有化合物間甲基紅也能對汞

2、離子實現(xiàn)良好的傳感和檢測。主要研究內(nèi)容和結果如下：
　　 通過席夫堿一步反應得到了結構簡單的化合物A，經(jīng)1H-NMR和元素分析證實了A的結構與期望的一致。研究了A與汞離子作用時的光譜改變、顏色變化和作用機制。當A與汞離子絡合后，化合物A溶液的熒光增強并紅移了約115nm，且熒光強度隨絡合Hg2+濃度的增加不斷增強；同時當向化合物A溶液中加入其它金屬離子時，熒光基本不發(fā)生改變。
　　 通過合成與A相似的模型化合物a，并研究

3、a與Hg2+作用時的紫外光譜和熒光光譜變化，發(fā)現(xiàn)是化合物A苯胺基上的氮與Hg2+絡合，即化合物A是通過金屬誘導電荷轉移機制選擇性的檢測汞離子的，檢測限低，且肉眼可見。利用設計這種結構簡單、富電子體系、金屬誘導效應的策略從而避免了復雜的合成，可對設計選擇性檢測其它離子的傳感器有所幫助。
　　 探討了具有相同功能性基團的間甲基紅的紫外熒光特性，發(fā)現(xiàn)間甲基紅也可以發(fā)展成為檢測汞離子的良好的生色傳感器。只有加入汞離子時，溶液的顏色有從黃

4、色向橙色的轉變，而其它離子并不產(chǎn)生干擾。
　　 將芴作為信號報告基團，硫脲作為識別基團合成了目標化合物B，1H-NMR和元素分析證實了B的結構與期望的一致。紫外吸收光譜證明化合物B與F-形成了1:1的絡合物，絡合常數(shù)為1.49×104M-1;當化合物B與F-絡合時，溶液顏色發(fā)生了改變，憑肉眼即能觀察，其它離子中只有SO4H-產(chǎn)生較小的影響，但在熒光光譜中只有F-的加入產(chǎn)生了明顯的熒光增強，因此化合物B可以發(fā)展成為檢測F-的熒光傳

5、感器。
　　 當將蒽作為信號報告基團引入時得到了化合物C，化合物C與F也同樣能絡合，絡合常數(shù)為2.79×104M-1，絡合時發(fā)生了顯著的熒光增強，并有一定程度的紅移，使熒光顏色由藍綠色向綠色轉變，這種變化肉眼可見；其它離子的加入不但熒光波長沒有變化，而且熒光強度很低，證明化合物C能發(fā)展成高選擇性、高靈敏性檢測F-的熒光傳感器。
　　 通過功能團的“積木式組合”合成了目標化合物D，1H-NMR和元素分析證明化合物D具有所設

6、計的結構?；衔顳的紫外吸收光譜證明其與Hg2+形成1：1的絡合物，絡合常數(shù)為4.62×104M-1;當化合物D與Hg2+絡合時，發(fā)生了一定程度的熒光猝滅；而且，當化合物D與Hg2+絡合時溶液顏色發(fā)生了改變，憑肉眼即能觀察。這些變化在其他離子存在時都不受干擾，顯示出D對Hg2+檢測的高選擇性和靈敏性。
　　 與此同時，化合物D與F-也同樣能絡合，絡合常數(shù)為2.24×104M-1，絡合時也同樣發(fā)生了熒光猝滅，證明化合物D能同時檢測