光化学传感器的设计_合成及识别性能研究
荧光传感器及分子识别
赵劲松 200425135
基于激发态过程机理的荧光传感器及离子识别
赵劲松 200425135
摘要：荧光化学传感器融合了超分子化学、光物理化学、有机合成化学的研究内 容，由于其具备荧光分析法的高灵敏度特点而引起人们的普遍关注。不同的荧光 传感机理被应用到传感器的设计上，以适应不同的传感体系。本文综述了几种激 发态过程的荧光传感机理并介绍其在离子识别中的应用。
到抑制。通过对比实验，发现跟单独的 2,3-二吡咯-喹喔啉相比，受体 7 通过 FRET
[7]
进行传感的灵敏度有所提高 。
λ: 315~365 nm
FRET
λ: 495 nm
7
受体分子8利用结合前后供体的发射光谱与受体的吸收光谱重叠程度的不 同，从而选择性进行Al3+的传感[8]。分子中邻羟基苯基三唑自身不发荧光，与Al3+ 结合后荧光有所增强（尽管仍很弱），但其发射光谱与香豆素343的吸收光谱重 叠程度大为增加，能量转移效率提高，达到信号放大之目的。在甲醇-水（1:1） 的pH 5.0缓冲溶液中，以350 nm光激发受体8（邻羟基苯基三唑的吸收峰），Al3+ 的加入使香豆素343的荧光增强7倍，检测限为50 nM，其它金属离子除Cu2+和Fe3+ 使受体8荧光猝灭外，对测定无影响。
同样为选择性识别Hg2+的荧光传感器，受体4以荧光素为荧光团，同时在受 体中引入硫原子以增加与Hg2+的结合能力。在pH = 7的缓冲溶液中，受体4存在 从苯胺到荧光素的PET过程，荧光量子产率仅为0.04。随着Hg2+的加入，苯胺到 荧光素的PET过程被抑制，受体的荧光强度增加5倍，光谱略有红移。干扰实验 表明除Cu2+外，其它金属离子的存在对Hg2+的检测并不干扰[4]。
《基于喹啉衍生物类荧光化学传感器的设计、合成及其识别性能研究》范文
《基于喹啉衍生物类荧光化学传感器的设计、合成及其识别性能研究》篇一一、引言荧光化学传感器是一种利用分子内部荧光团进行信息转换的先进工具，它在分析化学、生物传感、药物开发等多个领域都发挥了重要作用。
其中，喹啉衍生物因其具有丰富的电子结构及优异的荧光性能，成为了一种重要的荧光化学传感器构建材料。
本文将就基于喹啉衍生物类荧光化学传感器的设计、合成及其识别性能进行详细研究。
二、喹啉衍生物类荧光化学传感器的设计设计阶段是构建高效荧光化学传感器的重要环节。
我们以喹啉衍生物为基础，通过引入不同的功能基团，设计出具有特定识别性能的荧光传感器。
设计过程中，我们主要考虑了以下几点：1. 分子结构的设计：我们选择了具有良好共轭结构和荧光特性的喹啉环作为基础骨架，通过在喹啉环上引入不同的取代基，改变分子的电子分布和能级结构，从而达到调节荧光性能的目的。
2. 识别性能的预测：根据目标分析物的性质，我们预测了分子与目标分析物之间的相互作用方式，从而确定传感器的识别性能。
3. 合成路径的优化：我们设计出简洁、高效的合成路径，以保证传感器的合成效率和纯度。
三、喹啉衍生物类荧光化学传感器的合成在确定了分子设计后，我们开始进行传感器的合成。
合成过程中，我们采用了多种有机合成技术，如取代反应、加成反应等，成功合成了目标分子。
在合成过程中，我们严格控制反应条件，优化反应路径，以提高产物的纯度和产率。
四、识别性能研究1. 荧光响应特性：我们研究了目标分子对不同分析物的荧光响应特性。
通过测量不同浓度分析物下分子的荧光强度变化，我们得到了传感器的响应曲线和检测限。
结果表明，我们的传感器对特定分析物具有高灵敏度和良好的选择性。
2. 识别机理研究：我们通过光谱分析、量子化学计算等方法，研究了传感器与目标分析物之间的相互作用机理。
研究结果表明，我们的传感器与目标分析物之间存在强烈的相互作用，从而引发荧光信号的变化。
3. 实际应用研究：我们将传感器应用于实际样品中目标分析物的检测，验证了其在实际应用中的可行性和可靠性。
有机光化学
荧光光化学传感材料王欣欣（山西大学化学化工学院山西太原030006）摘要：近年来随着交叉学科的迅速发展，荧光传感器及其传感新材料作为材料科学和分析化学的结合点备受关注。
荧光传感器能够实现对特定分析底物的快速检测,且具有高选择性、高灵敏度、简便迅捷等毒物监测和环境科学中,设计合成高选择性、高灵敏度的荧光传感分子的工作已成为研究热点之一。
对新型荧光化学传感器种类如膜传感器、光纤化学传感器、阴离子传感器、生物传感器的研究前沿以及制备传感新材料的溶胶一疑胶掺杂法、纳米粒子的表面功能化及沸石孔性材料吸附包埋法和用一步法制备无机／有机杂化传感材料3个方面作了详细的评述。
关键字：荧光传感器传感材料制备荧光化学传感器属于光化学传感器，是利用荧光来表达敏感层分子与分析对象作用后的化学信息变化，具有高选择性和高灵敏度，其灵敏度可达10-9甚至10-12数量级，近年来被广泛应用在离子痕量和微量分析、生物分子识别等不同领域。
物质分子吸收了紫外光(>220nm)或可见光引起振动能级上的电子跃迁而被激发至较高的电子能态，由激发态返回基态时以辐射跃迁的方式发射能量而产生荧光。
由于物质的分子结构及所处的环境不同，吸收紫外光的波长不同，发射的荧光波长也不相同；此外，同种物质稀溶液的荧光强度与浓度呈线性关系，这两点构成了荧光定性和定量分析的基础。
能产生荧光的化合物的数量有限，只有那些具有共轭和刚性平面大分子结构的有机化合物才具有可检测的荧光；它们常与某些金属离子(或阴离子)形成特定的配合物(或氢键作用)而改变了原来的荧光信号(增强或猝灭)，因此被用来高选择性地识别这些离子．在设计荧光化学传感器时，主要是基于光诱导电子转移(PET)、螯合荧光增强(CHEF)、电子能量转移(EET)等传感机理。
荧光化学传感器具有高灵敏度和高选择性以及操作简便、重现性好、设备简单等特点，近年来受到广泛关注。
对于具有识别功能的敏感层材料的设计与合成已成为结合主客体化学、超分子化学、材料及分析化学的交叉研究热点，并由此研制出新的荧光化学传感器及其传感材料。
电化学发光免疫传感器的研究及应用现状
电化学发光免疫传感器的研究及应用现状摘要：电化学发光免疫技术是将高灵敏度的电化学发光和高特异性的免疫反应相结合的一种交叉学科研究的成果。
电化学发光主要应用在免疫系统、生物酶等方面的研究，而电化学发光免疫传感器在临床领域中有较明显的成果。
因此，本文将从电化学发光免疫传感器的研究和应用现状两个方面，对电化学发光免疫传感器进行进一步的研究，尤其在医学方面能够有更多突破，实现在更多领域中的应用。
关键词：电化学发光；免疫传感器；研究；应用现状；一、电化学发光免疫传感器的概念（一）电化学发光的概念电化学发光即电致化学发光，是一种通过在电极上施加一定电压，用来引发物质在电极表面进行电化学反应，反应产生的能量激发发光物质由基态迁移到激发态，处于激发态的物质不稳定会返回基态，在这一过程中会伴随光信号产生，产生光信号后通过光/电转换器，将光信号转换成电信号，来实现对目标物的检测。
ECL分析法不仅具有仪器简单，灵敏度高，还具有试剂用量少、时空可控性强等优点，现阶段，电化学发光技术已广泛应用于免疫分析、生物分子和其他生物分子检测中。
（二）免疫传感器的概念免疫传感器是一种将高特异性的免疫反应和高超的物理转换器结合起来的一种分析类器件。
由于免疫反应具有强的特异性，加之物理转换器的高的灵敏度，使得免疫传感器也成为一种有效检测样品的方法，受到人们的热切关注。
目前，免疫传感器也已经广泛地应用于临床医学检测等领域。
（三）电化学发光免疫传感器的概念电化学发光免疫传感器是一种将电化学发光与免疫传感器结合起来的一种具有很高免疫特性的一种装置。
利用电化学发光的高灵敏度的传感技术，再结合特异性免疫反应，最终可以达到一种对临床中微量物质进行定量的检测。
二、电化学发光免疫传感器的研究及应用电化学发光免疫传感器是将抗体或者抗原通过一定方式负载在电极上作为识别探针，当抗体与抗原发生特异性反应后，其产生的复合物与电化学发光信号之间建立一定关系，然后通过光电转换器，将光信号转换成电信号，从而对目标物进行检测。
分子传感器的设计及应用研究
分子传感器的设计及应用研究传感器是一种用来检测、感知和测量某些特定物理量或化学量的器件。
随着人们对环境和生命科学的深入研究，对分子传感器的需求越来越迫切。
分子传感器是一种能够检测和识别分子的器件，可以应用于物质的检测、生物学分析、医学诊断等领域。
在分子传感器的设计和应用研究中，关键的技术包括分子识别、信号转换和信号传输。
本文将介绍分子传感器的设计原理和应用研究。
一、分子传感器的设计原理分子传感器的设计原理是利用特定的分子与被测物之间的相互作用，实现被测物的检测和识别。
因此，分子传感器的关键是寻找具有高选择性和灵敏度的分子识别元件。
目前常用的分子识别元件包括抗体、核酸、酶、化学传感器、生物传感器等。
1、抗体抗体是一种高度选择性和灵敏的分子识别元件，可以与特定分子发生可逆结合。
利用抗体制备的分子传感器可以检测各种物质，如有害物质、药物、激素、病原体等。
但是，抗体的制备和稳定性成本较高，且易受温度、pH值等条件的影响。
2、核酸核酸是一种可以与基因组中的DNA和RNA配对的分子识别元件，利用核酸制备的分子传感器可以识别和检测基因序列、病原体等。
但是，核酸的特异性较低，易受到杂质干扰。
3、酶酶是一种具有高度选择性、灵敏性和特异性的分子识别元件，常用于生物传感器中。
例如，利用葡萄糖氧化酶可以制备出检测葡萄糖的传感器。
但是，酶易受到温度、pH值等条件的影响，且耗时耗费较大。
4、化学传感器化学传感器是一种利用化学反应实现分子检测的方法。
常用的化学传感器包括光学传感器、电化学传感器等。
例如，利用荧光基团的发光性质制备的荧光传感器可以实现对物质浓度的精确检测。
但是，化学传感器易受到杂质干扰，且需要复杂的合成和表征过程。
5、生物传感器生物传感器是一种利用生物分子实现分子检测的方法。
例如，利用酵母细胞表达的受体蛋白可以制备出生物传感器，用于检测激素、神经递质等生物分子。
但是，生物传感器需要复杂的制备和表征过程，且需要保持一定的生命活性，否则易失去灵敏性和选择性。
基于光电化学原理的新型传感技术开发与应用
基于光电化学原理的新型传感技术开发与应用摘要光电化学传感技术作为一种新兴的传感技术，近年来受到了广泛的关注和研究。
该技术利用光电化学原理，将光信号、电信号和化学信息有机地结合在一起，实现对目标物质的高灵敏度、高选择性、快速、原位检测。
本文综述了光电化学传感技术的原理、发展历程、主要类型以及在不同领域的应用现状，并展望了其未来发展趋势。
关键词：光电化学传感技术；光电化学原理；传感技术；应用1. 引言随着社会发展和科技进步，对物质检测的要求越来越高，传统的传感技术已不能满足日益增长的需求。
光电化学传感技术作为一种新型的传感技术，凭借其独特的优势，在环境监测、食品安全、生物医学、材料科学等领域展现出巨大的应用潜力。
2. 光电化学传感技术的原理光电化学传感技术是利用光电化学效应实现对物质检测的技术。
其基本原理是：当特定波长的光照射到工作电极表面时，会激发电极材料的电子发生跃迁，产生光电流。
这种光电流的大小与目标物质的浓度呈正相关，从而实现对目标物质的定量分析。
3. 光电化学传感技术的发展历程光电化学传感技术的发展可以追溯到20世纪70年代，当时科学家们开始研究光电化学效应在生物传感器中的应用。
近年来，随着纳米材料、生物识别技术、光电器件等领域的发展，光电化学传感技术取得了重大突破，涌现出一系列新型传感技术。
4. 光电化学传感技术的主要类型根据光电化学传感技术的原理和结构，可以将其分为以下几类：4.1. 光电化学免疫传感器光电化学免疫传感器利用抗体或抗原与目标物质之间的特异性结合，将生物识别反应与光电化学信号转换结合在一起，实现对目标物质的检测。
该类传感器具有高灵敏度、高选择性、可操作性强的特点。
4.2. 光电化学酶传感器光电化学酶传感器利用酶催化反应产生的电子传递，将生物催化反应与光电化学信号转换结合在一起，实现对目标物质的检测。
该类传感器具有高灵敏度、高选择性、可重复性好的特点。
4.3. 光电化学电化学传感器光电化学电化学传感器利用光电化学效应和电化学效应的组合，实现对目标物质的检测。
光电化学传感器的应用研究进展
光电化学传感器的应用研究进展摘要：光电化学传感器是基于物质的光电转换特性确定待测物浓度的一类检测装置。
光电化学检测方法灵敏度高、设备简单、易于微型化，已经成为一种极具应用潜力的分析方法。
本文主要介绍光电化学传感器的工作机理、特点和应用，并对有代表性的实验进行了一定的讲述和总结。
关键词：光电化学；传感器一、引言20世纪70年代，人们就开始研究光照下半导体电极的电化学行为，并逐渐发展成为一门新学科——光电化学。
目前，光电化学是当前电化学领域中十分活跃的一个研究方向，它是光伏打电池、光电催化、光解和光电合成等实际应用的基础。
光电化学过程即光作用下的电化学过程，在光照射条件下，物质中电子从基态跃迁到激发态，进而产生电荷传递。
与电化学反应相类似，在光电化学反应体系中也会产生电流的流动。
因此，利用光电化学反应可以把光能转变成化学能或电能，通过其逆过程则可以把化学能或电能转换为光能。
具有光电转换性质的材料主要分为4类。
(1)无机光电材料这类材料主要指无机化合物构成的半导体光电材料，如Si、TiO2、CdS、CuInSe2等[1]。
(2)有机光电材料：常用的有机类光电材料主要是有机小分子光电材料和高分子聚合物材料。
小分子材料如卟啉类、酞菁类、偶氮类、叶绿素、噬菌调理素等[2~4]；高分子聚合物材料主要有聚对苯撑乙烯(PPV) 衍生物、聚噻吩(PT) 衍生物等[5]。
(3) 复合材料：复合材料主要是由有机光电材料或者配合物光电材料与无机光电材料复合形成，也可以是两种禁带宽度不同的无机半导体材料复合形成的材料。
复合材料比单一材料具有更高的光电转换效率。
常见的复合材料体系有CdS-TiO2、ZnS- TiO2[1]、联吡啶钌类配合物-TiO2[6~9]等。
基于TiO2的复合材料是目前研究最多的一种，也有用ZnO[10~12]、SnO2[13]、Nb2O5[14]、Al2O3[15]等其它宽禁带的半导体氧化物进行复合的。
两种新型F -荧光化学传感器的合成及其性质研究
两 种 新型 Ｆ一 荧光 化 学 传 感 器 的合成 及 其 性 质 研 究
杨运旭， 邓小容， 季兴跃， 镇， 孙 秦丽娟
（ 京 科 技 大 学 化 学 系 ， 京 １０ ８ ） 北 北 ０ ０ ３
摘
要 ：本文设 计合 成 了 Ｎ 一 甲苯磺 酰 胺 腺 嘌呤 （ ） 邻 苯二 对 甲 苯磺 酰 胺 ６对 Ｉ和
１ 实 验 部分
１ １ 实验 仪器 与试剂 ．
实验所用仪器： －５０ Ｆ４０ 荧光光谱仪（ ｉ ｉ ｉ． Ｈｔ ｃ ） ａｈ
试剂 ： 嘌呤 （ Ｒ）邻 苯 二 胺 （ 腺 Ｂ ， ＡＲ）对 甲基 苯磺 酰 氯 （ Ｒ）吡 啶 （ Ｒ）无 水 乙腈 ， Ａ ， Ａ ，
（ Ｒ） Ｃ 一 Ｂ 一 Ｎ 一 Ｎ ２ 、 Ｓ ４ 、 和 Ｆ 的 四丁基 季铵 盐 （ Ａ ， １ 、 ｒ 、 ０３ 、 Ｏ 一 Ｈ Ｏ 一 Ａｃ 一 ＡＲ） 购 自北 京 化学 均 试剂 公司 ．
荧光化学传感器 ， 以其高灵敏度 、 高选择性 和在生物化学体系中易应用的特点在超
分 子化 学领 域 已经越来 越受 到 重视 ． 年来 ， 过 设 计 合 成 各种 能 识 别 特定 阴离 子 的 荧 近 通 光 化学 传感 器 ， 定性 检测 某种 阴离 子 的存 在 ， 来 已引起 了人们 的浓 厚 兴趣 和 热情 ¨２． １ ］阴 ． 离子 在许 多生物 、 化学 反应 体系 中 占有 十分 重要 的作 用 ， 其是 Ｆ一 尤 在人 体 内有 着 十分 重
（Ｉ 两种主体 化合 物 ． Ｉ） 通过 对其 与 阴 离子物 种之 间相 互作 用的研 究发 现 ， 它们 在
乙腈溶 液 中和 Ｃ 、 ｒ 、 一 Ｎ（ 一 Ｈ Ｏ 一 Ａ 一 Ｆ一 种 阴 离子 相 互 作 用 ｒ Ｂ一Ｎ 、 ） 、 Ｓ ４、 ｃ、 几 ， 时 ， 对 Ｆ 具有 专一 的选择 性 识 别作 用 ． 一离子 可使 Ｉ Ｉ 主 体 的 荧 等ｌ 也报道 了一种含萘酚亚胺的安替 比林结构， ｊ ｊ 可选择识别 Ｆ 离子 ， 一 并同
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第28卷 第4期影像科学与光化学Vo l.28 N o.4 2010年7月Imag ing Science and Photochemistr y July,2010
研究生论文摘要
光化学传感器的设计、合成及识别性能研究
博士研究生 王 芳 导师 汪鹏飞
(学位授予单位 中国科学院理化技术研究所,北京100190)
光化学传感器被广泛地用于检测各种金属离子和阴离子.荧光化学传感器具有选择性好、灵敏度高、简便快速等优点,比色化学传感器则可不借助于任何昂贵的仪器设备而直接用肉眼识别.本论文分别以黄酮﹑香豆素作为发光基团,设计、合成了识别氟离子(F-)和生物巯基化合物(还原性谷胱甘肽和半胱氨酸)的光化学传感器,并研究了其光谱性质和识别机制,另外我们对基于多孔硅的光化学传感器方面进行了一些初步尝试,取得了一些有意义的结果.
1.设计合成了一种具有激发态分子内质子转移(ESIPT)性质的3 羟基黄酮衍生物L,它能够和Zr EDT A在水相中形成三元络合体系,氟离子的加入可以使体系荧光发生明显变化,其它常见阴离子没有明显干扰.由于氟离子与Zr EDT A的络合能力比黄酮衍生物与Zr EDTA的络合能力更强,所以加入的氟离子可以将黄酮衍生物从三元络合体系中置换出来,从而导致体系荧光发生变化.其它阴离子不能够和Zr EDT A发生络合,所以体系荧光不发生变化.另外,该识别过程可以用肉眼清楚观察到,所以同时是一种良好的比色化学传感器.
2.设计合成了一种基于香豆素结构的具有S S键的席夫碱衍生物(C).它在水相中具有较弱荧光,随着生物巯基化合物如半胱氨酸(Cy s)和还原型谷胱甘肽(GSH)的加入荧光逐渐增强,原因是巯基的加入使化合物C中的S S键发生断裂,形成强亲核性S-,然后合环形成一种具有强荧光的化合物Coumarin6.其它不含有巯基的常见氨基酸和氧化型谷胱甘肽的加入都不会使溶液的荧光增强.
3.通过电化学腐蚀的方法制备得到发橙色荧光的多孔硅,发现其在空气中放置时荧光强度会逐渐降低,直至消失.通过荧光光谱和透射电镜图片初步验证了量子限域效应发光机理.为了提高其光学性质的稳定性,对其进行热化学和光化学表面修饰,并且在其表面引入了可以和H g2+进行络合的识别基团,得到多孔硅光化学传感器S1和S2.H g2+的加入对S1和S2的荧光光谱有猝灭作用,原因是发生了从多孔硅表面到H g2+的电子转移.
2010年5月18日通过博士论文答辩
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