资源描述：
《基于激发态过程机理的荧光传感器及离子识别》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、基于激发态过程机理的荧光传感器及离子识别《法析分光荧》文论程课松劲赵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。关键词:荧光化学传感器光物理传感机理离子识别一、前言分子识别是超分子化学研究的核心内容之一,最初是由有机化
2、学家和生物化学家在分子水平上模拟天然化合物所提出。分子识别是指主体(受体)对客体(底物)选择性结合并产生某种特定功能的过程,维系分子间的作用力是几种弱相互作用力(非共价键)的协同作用。分子识别可分为离子客体的识别和中性分子的识别。当客体与受体的识别基团结合时,诱导受体的物理或化学性质发生改变,转换为可检测的宏观信号:如NMR中的化学位移变化、光学信号(吸光度或荧光)的变化以及电位的变化等,此过程即为传感。化学传感器是一类转换器,可选择性地将分析对象的信息如酸度、浓度、粘度、化学或生物物种等转变为分析仪器易测量的
3、物理信号。目前,电化学与光化学传感器是两个活跃的研究领域。得益于现代电子技术的发展,电化学传感器出现较早,该领域的研究十分活跃,新技术新方法不断出现;光化学传感器的出现相对较晚,然而该研究领域所独具的应用性为其发展提供了便利条件,因此迅速成为现代分析化学的前沿研究领域之一。由于荧光内在的高灵敏度、可实时检测及可实现远程检测等优越性,其在分子识别与传感中得到蓬勃发展。与其它化学传感器相似,荧光传感器包含两个单元:一是识别基团,另一是荧光团。二者可由联接臂相联或直接相联在同一共轭体系中。分析对象被识别时,荧光团内在
4、的光物理特性被影响,荧光信号的输出形式发生改变,例如荧光峰值位置的移动,荧光量子产率的涨落,荧光寿命的变更,荧光偏振的改变以及新荧光峰的出现等。因此荧光团可起信息转化的作用,即将识别信息转化为光学信号,第1页共16页《荧光分析法课程论文》松赵劲200425135涉及的机理有光诱导电子转移(PhotoinducedElectronTransfer,PET)、荧光共振能量转移(FluorescenceResonanceEnergyTransfer,FRET),分子内电荷转移(IntramolecularCharge
5、Transfer,ICT)、激基缔合物(Monomer-Excimer)的形成或消失、激发态分子内质子转移(Excited-stateIntramolecularProtonTransfer,ESIPT)等,这些属于光物理研究领域。准确评价荧光信号的改变并对光信号的改变作出合理的机理解释,则需对光物理化学过程有全面认识。本文将概述上述几种激发态信息传递机制并介绍其在离子识别与传感中的应用。二、光诱导电子转移(PET)机理PET热力学基础由Weller等于20世纪60年代末提出,用于描述分子间电子转移体系。这一开
6、创性工作为光诱导电子转移体系的深入研究奠定了基础。根据Weller公式:DGE-E-DE-C(E和E分别为给体化合物和受体化oxred0,0oxred合物的氧化和还原电位,DE为受激化合物跃迁能量,C为常数),当DG为负值0,0时,就会发生从电子给体到电子受体的电子转移。对于分子内的PET动力学过程则有Marcus理论描述。AB图1A.的团基来外HOMO团光荧于介道轨HOMO、LUMO便时间之道轨移转子电的向方团光荧向团基来外从生发会。B.的团基来外LUMO介道轨移转子电的向方团基来外向团光荧从生发会便时间之道
7、轨两团光荧于。在荧光传感器的研究中,光诱导电子转移最先得到研究并取得巨大的成功。图1描述了PET荧光传感器的光物理机理。客体不存在时,荧光团被光激发后其最高占据轨道HOMO的一个电子跃迁到最低空轨道LUMO,若外来基团(如识别基团)的HOMO轨道或LUMO轨道介于荧光团两轨道能量之间,此时就可以发生识别基团与荧光团的电子转移而导致荧光的猝灭,即发生光诱导电子转移过程。也就是说,PET过程提供了一个电子从激发态到基态的非辐射跃迁的途径,第2页共16页《荧光分析法课程论文》松赵劲200425135降低了荧光团的量子
8、产率,表现为荧光强度的减弱,既荧光猝灭。PET应用到传感器上一般需要如下几个条件,首先传感器分子中要包含一个荧光团,其应具有高的量子产率;其次还应包含电子给体(ElectronDonor),可以发生向荧光团的PET过程;最后,当结合目标分子(或离子)后,会引发或抑制电子给体与电子受体间的光诱导电子转移,引起荧光团荧光猝灭或荧光恢复,实现信号报告目的(图2)。hu'huhu-eDDWea
