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阴离子识别及磷酸根离子传感器的开发研究

阴彩霞  
【摘要】:阴离子在生物体系中无处不在,在广泛的生化过程中扮演着重要的角色,阴离子在环境污染方面的效应现在也被人们意识到。相应的人工阴离子受体,由于其在医学、催化学和环境学等有潜在的价值,已经引起人们很大的兴趣,在近20年内,这个发展尤其明显。人们投入巨大的努力去发展阴离子物种的非生物受体,进而设计出了阴离子的各种各样的传感器。这样,给阴离子在生物体系和环境中的测定提供了很大的可能性和方便性,这在催化学、医学、生物学、环境学、营养学等领域有很大的实用价值。阴离子受体的设计是具有相当挑战性的,这是因为:阴离子比等电子阳离子大,因此有一个较低的电荷对的半径比,这意味着他们相对较小的阳离子,静电键合作用是非常小的;另外阴离子对pH值是敏感的(在低pH值时变得去质子化将会失去它们的负电荷),这样受体必须在目标阴离子的有效的pH范围内发挥功能;再者阴离子物种有很广泛的几何结构,因此需要较高程度的设计去使得受体满足它们的阴离子客体。尽管如此,到目前为止,各种各样包括许多能发光识别的阴离子受体被报道,然而,由于其识别介质是有机相,所以其中只有相当少的一部分是简单并能在实践中获得理想的应用。目前通过自然的和合成的受体在水溶液中选择性识别阴离子构成了超分子化学的重要部分。但这更是一个艰巨的任务,因为阴离子除了有以上局限性外,还有很大的水合自由能,这必定给设计一定离子的水介质中的受体带来一定的困难。 本文在研究阴离子识别的过程中,发现了两种双核配体可以与金属结合,利用邻苯二酚紫显色在水介质中识别磷酸根。更可喜的是:我们发现了单独使用镧系离子Yb~(3+),通过邻苯二酚紫的显色反应,在pH=7.0、10mM的HEPES的生理环境中可以识别磷酸根,体系简单、效果明显、选择性好。本文通过紫外可见光谱和荧光光谱对识别的过程和机理做了探讨,并得出了识别体系的键合常数和热力学常数。本课题的意义在于,使用简单的体系,在水介质中识别生物体系中重要的阴离子之一—磷酸


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