论文部分内容阅读
表面活性剂在分离、结晶、纯化、去污、稳定、发泡和乳化等许多工业和研究领域中发挥着重要作用。特别是阴离子型表面活性剂,因其具有强大的去污能力以及较低的制造成本,比其他任何表面活性剂的需求量都要大。众所周知,临界胶束浓度(CMC)是划分表面活性剂溶液的表面张力、电导率、浊度、粘度等物理性质的一个重要分水岭。因此,多年来科研工作者开发了多种方法(如:电导法、分光光度法、折射率法、光散射法、电位滴定法、荧光光谱法、毛细管电泳法等)来测定表面活性剂的CMC值,以获取关于表面活性剂聚集体的结构和它们与其他溶质相互作用的额外信息。在上述方法中,荧光光谱法独特之处不仅在于其灵敏度高、空间分辨率好、操作简单、专一性好、响应速度快和实时检测等优点,还在于其能提供关于所要研究对象系统中的附加信息。需要指出的是,这种方法的测试性能高度依赖于所使用荧光探针的基本性质。因此,在过去的几十年里,有关荧光探针的发展或研究受到了科研工作者的极大关注。作为一种理想的荧光探针,它需要满足以下几个要求:(1)为了便于观察和检测,荧光探针应有较长的吸收波长和发射波长;(2)为了能够在较低浓度下进行使用,荧光探针应具有较大的摩尔消光系数和较高的荧光量子产率;(3)为了便于在测量时提供更多的选择,荧光探针应具有更大的内在各向异性。1,8-萘二甲酰亚胺作为一种常见的荧光单元,因其结构易于修饰,光学性质丰富,吸收和发射波长在紫外可见区,具有缺电子特性等诸多优势,已被广泛应用于生物分析、环境监测、荧光成像等领域。然而,萘二甲酰亚胺自身荧光量子产率低,吸收截面小,溶解度较差,对其所处的微环境变化不明显,很大程度上限制了其应用范围。由于其特殊的结构,1,8-萘二甲酰亚胺可被修饰成’给体-受体’结构,其电子易受激发产生分子内电荷转移(ICT)态,这种结构特性赋予最终荧光团的极性敏感性。此外,荧光团的吸收和发射波长可以通过改变萘二甲酰亚胺4-位上取代基的给电子程度及结构来调节。本学位论文欲通过合理的设计,将氮杂环丁烷这一具有特殊功能的基团作为给电子单元引入1,8-萘二甲酰亚胺中,并以此化合物作为核心结构,通过引入不同的功能基团,衍生得到两种环境敏感型萘二甲酰亚胺衍生物(NA和NPA),具体来讲,主要包括以下两部分工作:第一部分工作:以羟乙基乙二胺和氮杂环丁烷分别修饰萘二甲酰亚胺的’N-酰亚胺位’和萘环的’4-位’,设计合成了一种新型水溶性小分子萘二甲酰亚胺荧光探针(NA),并对其基本光物理行为进行了考察。结果表明该小分子荧光探针表现出了优异的光学性能,如:大于430 nm的最大吸收波长、较大的摩尔消光系数、良好的水溶性并在水溶液中显示出较高的荧光量子产率(～20%)和较长的荧光寿命(～3.7 ns)。更为特别的是,其荧光发射波长随溶剂极性的增加而发生红移,具有一定的溶致变色性质,同时其荧光各向异性γ值随着溶剂粘度的增加而增大,表现出极性和粘度双重敏感。此外,NA分子因其侧链的亚胺基团具有正电荷特性,对阴离子界面有特异性亲和力。基于以上特性,该环境敏感型荧光探针NA可富集在阴离子聚集体表面,从而实现对阴离子型表面活性剂CMC值的可视化选择性检测。受此启发,将该探针置于表面带负电荷的生物膜体系中,可成功实现对细胞膜和大肠杆菌的监测,这为快速检测水体中微生物的污染提供了 一种新思路。第二部分工作:在此工作中,选择光物理性质优异的芘(Py)作为能量供体和4-位被氮杂环丁烷修饰的萘二甲酰亚胺作为能量受体,通过4,7,10-三氧-1,13-十三烷二胺(TOA)链接,设计合成了一个含芘和萘二甲酰亚胺的新型荧光分子NPA,并对其基本光物理性质进行了初步考察。研究表明,虽然,NPA所包含的两个荧光单元Py与NA之间间隔较大,但Py的激发态能量仍然可以高效地转移给萘二甲酰亚胺单元(NA),且能量转移效率没有明显的溶剂依赖性。此外,因包含有环境敏感单元NA,NPA的荧光行为也表现出一定的溶剂依赖性。