论文总字数：13861字

摘 要

最近这些年来，设计并合成可以选择性识别重金属的荧光分子探针在医药、农业、生化学及环境保护等诸多领域引起了热议。荧光分析的方法有许多优点，比如:灵敏度高、操作简单、选择性好和分析速度快等。罗丹明B类有机染料是一类比较受欢迎的荧光基团。这种类型的荧光基团有荧光量子产率高、耐光性好、发射波长较长、水溶性好、价格低廉等性质。基于罗丹明B而制备的荧光分子探针的作用识别金属离子的原理为:在金属离子的作用下，罗丹明B类衍生物由本来呈OFF型的闭环化合物转换为呈ON型的开环化合物，此时化合物从无荧光状态变为强荧光状态，即我们所说的OFF-ON型荧光探针的识别金属离子的机理。

本文以罗丹明B为起始物通过一系列化学反应合成了罗丹明B酰肼产物（化合物1），确认了化合物1的性质之后，化合物1在与1-芘甲醛进行反应合成化合物2。化合物2用熔点、荧光、IR、¹HNMR表征、检测，最终制备一种基于罗丹明B的新型比率荧光分子探针。

关键词：重金属、罗丹明B衍生物、荧光分子探针、荧光性质

Abstract

In recent years, the design and synthesis of fluorescent probe can selectively identify heavy metals in medicine, biology, and environmental monitoring and many other fields has attracted wide attention. The method of fluorescence analysis has many advantages: such as good selectivity, fast analysis, high sensitivity and simple operation. Rhoda-mine B is a class of organic dyes more popular fluorescence．Because it has a high fluorescence quantum yield, good light, longer emission wavelength, good water solubility, low cost properties. Rhoda-mine B compound as a fluorescent probe to identify mechanisms are: the role of metal ions, Rhoda-mine B derivatives by the closed loop (OFF) in the form of (non-fluorescent) is converted to an open-loop (ON) in the form of (strong fluorescence), namely recognition mechanism OFF-ON fluorescent probes.

In this paper, Rhoda-mine B as a starting material was synthesized through a series of chemical reactions Rhoda-mine B Hydra product (Compound 1), Compound 1 was reacted with 1-pyrene formaldehyde synthesis of compound 2. Compounds 2 are melting point, optical, IR, 1HNMR characterization testing.Finally, we prepared a new rate of Rhodamine B fluorescence-based molecular probes.

Key words:heavy metals; Rhoda-mine B derivative; a fluorescent probe; fluorescence properties

目录

摘要.................................................................................................................................I

Abstract..........................................................................................................................II

第一章 文献综述 1

1.1 研究现状 1

1.1.1 重金属概况分析 1

1.1.2 我国耕地重金属污染情况 1

1.1.3 我国食品重金属污染情况 1

1.2 食品中重金属检测方法 2

1.2.1 比色法 2

1.2.2 试纸法 2

1.2.3 原子吸收法（AAS） 2

1.2.4 原子荧光法（AFS） 3

1.2.5 紫外-可见分光光度法（UV） 3

1.3 食品中重金属检测技术的发展 3

1.3.1 光纤传感测试技术 3

1.3.2 生物传感技术 3

1.3.3 分子荧光探针技术 4

1.4 罗丹明B荧光探针对重金属离子的检测和发展 4

1.4.1 罗丹明B类荧光探针对Cu² 检测 4

1.4.2 罗丹明B类荧光探针对Fe³ 检测 5

1.4.3 罗丹明B类荧光探针对Hg² 检测 5

1.5 工作内容 5

第二章 新型比率荧光分子探针的制备与性能评价 6

2.1 实验材料 6

2.1.1 实验试剂 6

2.1.2 实验仪器 6

2.2 实验方法 6

2.2.1罗丹明B酰肼（化合物1）的合成 6

2.2.2 化合物2的合成 7

2.2.3 化合物2紫外光谱检测 7

2.2.4 化合物2荧光及荧光比率的检测 8

2.3 实验结果 8

2.3.1 化合物2的红外表征 8

2.3.2 化合物2的氢谱解析 8

2.3.3 紫外吸收率光谱和荧光比率光谱的研究 10

2.4 总结 11

第三章 结论和展望 13

参考文献 14

致谢 17

第一章 文献综述

1.1 研究现状

1.1.1 重金属概况分析

重金属的定义是自身密度大于四或者等于五的金属，我们所认识规定的重金属大概有45种，其中包括铅Pb、铜Cu、镉Cd、铁Fe、银Ag等^[1]。重金属在体内堆积到一定程度，会引起慢性中毒，危害人体健康。重金属无法被降解，而且容易在周围环境作用下富集从而通过食物链进入人体中影响人体健康。

1.1.2 我国耕地重金属污染情况

我国耕地的重金属污染已相当严重，不仅影响到了农业经济发展，更严重的是危害到人体健康，由此可见我国耕地的重金属污染治理亟待加强。不只一种的有毒金属元素存在于被污染的土壤中，有毒重金属元素通过多个途径农作物体中富集，造成农作物减产，影响农民的经济效益，更加影响食用者的身体健康。从近些年来的调研得出的数据看得出，我国受重金属污染的耕地面积已经占到全国耕地总面积两成左右，我国耕地重金属污染形势已相当严峻^[2]。

1.1.3 我国食品重金属污染情况

这些年来，世界贸易组织等多个国际组织已经把检测食品的重金属污染作为重要项目之一。我国在北上广等各大城市先后开展了食品重金属污染调研活动，从数据看出，我国食品中重金属污染比重逐年升高，种类也越来越多。我国食品重金属污染严重^[3]，形势非常严峻。

1.2 食品中重金属检测方法

1.2.1比色法

比色法是利用重金属可以去某些显色剂反应并显示出颜色，重金属含量越高，颜色也就越深，使用分光光度计测定或者肉眼观察亦可的一种重金属检测方法^[4]。比色法操作简单方便、成本低、检测条件低，但是同时弊端是准确度低。比色法历史悠久早在18世纪就一开始被人们使用，被用作定量分析也有大约200年的历史。

1.2.2试纸法

我们所说的试纸法就是将本来在烧瓶或者试管中进行的反应转移到试纸上进行，观察在试纸上产生的颜色对重金属进行定量或者定性的异种检测方法。试纸法比其他检测方法有以下的优点;1.检测速度快2.具有一定专一性3.结构简单，方便携带，操作简单适合快速检测4.成本低廉。同时试纸法的灵敏度一直很难打到要求而被诟病，国内生产的试纸任然能难达到检测要求。

1.2.3原子吸收法（AAS）

原子吸收法即原子吸收光谱法是基于被测元素的气态的基态原子的外层电子对共振辐射光线的吸收强弱来对被测元素含量进行定量分析的一种方法^[6]。检测食品中的铅、铜、镉等时，我们通将原子吸收光谱法作为首选。原子吸收法起源于20试剂中叶，如今它在多个领域都有着广泛的应用。这种方法不仅选择性强、灵敏度和精密度高，而且分析范围广并具有很强的抗干扰能力，同时自身存在的局限性是操作繁琐，需要专门培训、对于某些元素的灵敏度有待加强、工作范围限制大等，今后进一步提高原子吸收法的精密度和灵敏度是人们需要解决的重点问题。

1.2.4原子荧光法（AFS）

原子荧光法即原子荧光光谱法^[7]是根据气态原子蒸汽在一定波长的光线辐射下发射出的荧光强度来对重金属元素含量进行定量分析的一种方法。我们使用原子荧光光度计来进行检测。原子荧光法的优点有：灵敏度高、检出限低、受干扰少、分析范围大、谱图简单明显容易观察，但局限是仪器一般比较昂贵。

1.2.5紫外-可见分光光度法（UV）

紫外-可见分光光度法的原理是利用物质分子在波长在200-780nm范围内的光线的吸收来对物质进行定性和定量分析^[8]。它具有灵敏度高，适用于微量分析、设备要求低、精确度高、操作简便迅速等优点，已经被广泛应用于食品、医药、农业、环保等多个领域。他的局限性是：仅仅适用于微量分析、仪器相对昂贵。尽管如此，紫外-可见分光光度法任然是将来食品重金属检测的大趋势。

1.3食品中重金属检测技术的发展

1.3.1光纤传感测试技术

光纤传感测试技术由上世纪70年代的光纤通信技术发展而来，以光为载体，光纤为媒介，传输被测物质信号的检测技术^[9]。其原理是被测物质在光照下，光纤中的光信号会发生变化，我们可以通过检测光纤中光信号的变化来达到对被测物质的检测目的。光纤传感技术的特点是：灵敏度较高、不受电磁干扰、测量频带宽、可移植性强、可嵌入性强等，同时它对温度和外界环境的变换也很敏感，这是将来人们需要着重改进的一点。

1.3.2生物传感技术

生物传感器主要由感受器、换能器和检测器三个部位组成^[10]，其工作原理是由感受器对分子进行识别，传感器中的敏感元件^[11]会与待测物质发生生物化学反应，随之产生光、热、气体、质量等一系列变化，这些变化便是信号再经换能器

的作用转化为电信号，电信号在经过电装置^[12]的放大作用1-2次，最后记录在仪器上达到检测的目的。生物传感技术优点有：灵敏度高、仪器简便、检测速度快，在食品检测领域的应用前景光明。

1.3.3分子荧光探针技术

荧光探针技术荧光探针技术即利用荧光物质作为指示剂，在一定波长的光照射下被激发产生荧光，通过荧光光谱图对被检测物质进行定性、定量的一种检测技术^[13]。周围温度、湿度、气压等环境因素会引起探针分子荧光的波长、强度、偏振和寿命^[15]等参数^[16]的变化，正因为这个特点我们利用它研究物质反应时周围环境的变化，进一步表现出物质分子的特征和特定信息。荧光分子探针大体是由两个部位组成：受体以及荧光基团^[17]。受体是体现分子荧光探针识别性能的主体部分；荧光基团通过给出的荧光的强弱，以及荧光达到峰值时波长的位移等信号来进行对分子的识别^[18]。萘^[19-21]、蒽^[22]、芘^[23]、罗丹明^[24]、卟啉^[25-27]和香豆素^[28-31]等是目前人们制备分子荧光探针的最常用的荧光基团。

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