1、本科生毕业论文（设计）罗丹明类化合物在化学分析中的研究与应用姓 名： 指导教师： 院 系： 化 学 系 专 业： 应用化学 提交日期： 2010-4-24 黄山学院本科毕业论文1目 录中文摘要 2外文摘要3引言41罗丹明类化合物的结构和性能研究42在光度法中的应用42.1.萃取光度法 52.1.离心沉淀光度法 52.1.协同显色光度法 52.1.胶束增溶增敏光度法 53在动力学分析中的应用 54 在荧光光度分析中的应用.65在荧光探针方面的应用76在伏安法中的应用97在化学发光法中的应用 9结束语 9参考文献 10致谢12黄山学院本科毕业论文2罗丹明类化合物在化学分析中的研究与应用摘 要: 近
2、年来，人们研究发现罗丹明类化合物不仅具有较大的摩尔吸光系数,而且还有很好的氧化还原特性和荧光效应，在光度法、动力学分析、荧光分析、荧光探针、伏安法和化学发光等领域有着广泛的应用和潜力。本文对近 10 年来罗丹明类化合物在化学分析中的研究和应用的了解作出评述,综合主要涉及此类化合物在光度法、动力学、化学发光法、伏安法及荧光光度法等领域中的应用近况,为今后此类化合物的广泛应用提供一定参考。关键词:罗丹明；化学分析；应用；综述黄山学院本科毕业论文3The using and application of Rhodamine compounds in analytical chemistryAbstr
3、act：In recent years, we found that rhodamine compounds not only have large molar absorption coefficient, but also a good redox properties and fluorescence effects in spectrophotometry. In kinetic analysis, fluorescence analysis, fluorescence probe, voltammetry and the areas of chemiluminescence is w
4、idely used and potential. In this passage, I am comment to the research and application of the rhodamine compounds in chemical analysis in the past 10 years, mainly related to the recent applications of this compounds in photometry, kinetic, chemiluminescence, voltammetry and fluorescence spectromet
5、ry and other areas for future wide application to provide a reference.Key Words：Rhodamine ; Chemical analysis; Application; Review黄山学院本科毕业论文4引言碱性罗丹明类化合物,用于各类物质中金属离子的测定已有很长的历史。早期的应用主要集中于萃取光度法,并要经常使用毒性很大的有机溶剂苯或甲苯。近年来,人们研究发现该类染料不仅具有较大的摩尔吸光系数,而且还有很好的氧化还原特性和荧光效应。目前它作为吸附指示剂、络合(或缔合)沉淀剂、络合显色剂、催化氧化还原指示剂和荧光指示
6、剂,已渗透化学分析的各个领域,如光度法 1,离子缔合荧光法 2,催化荧光法 3,伏安法 4及化学发光法等 5。本文主要把近 10 年来罗丹明类化合物在分析中的研究及其应用作一综述,以促进对该类化合物的进一步研究和应用。1 罗丹明类化合物的结构和性能研究自罗丹明类化合物作为指示剂应用于分析领域以来,人们没有间断过对这类染料的研究,其母体结构如图一所示：图一 1980 年,徐其亨 6对此类染料的结构及其性能进行了综合研究和归纳,认为罗丹明类染料中苯环间有“氧桥”相联,具有刚性平面结构,容易吸收入射光的能量而发射长波,从而产生荧光。另外,它本身具有醌式结构( 分子中含有六元环状共轭不饱和二酮结构),
7、能产生颜色,被氧化时,其醌式结构遭破坏,染料溶液颜色变浅甚至变为无色,为荧光分析和光度分析奠定了理论基础。到八十年代后期,又有人对罗丹明类染料的聚集状态进行了研究,但由于数学模型太简便,因此所测定的缔合物和缔合度都不准确。在此基础上,何锡文等 7确立了新的数学模型,并确定了罗丹明 6G 的水溶液主要是单体和二聚体共存后,又以罗丹明 6G 为例,研究了用荧光法估计荧光试剂在溶液状态的缔合程度,探讨了以解聚的方式来提高荧光强度的途径,最后推论:罗丹明 6G 的单体是产生荧光的主要原因,而双聚和质子化是荧光猝灭的主要影响因素。张建华等 8又以罗丹明 6G 为例,研究了罗丹明类碱性染料溶液的表面张力吸
8、收光谱和荧光变化,发现罗丹明类碱性黄山学院本科毕业论文5染料具有表面活性,是一种阳离子表面活性剂。2 在光度法中的应用罗丹明类染料与金属离子形成离子缔合物时,离子缔合物往往不溶于水,常需要分离(萃取、浮选、沉淀)或加入增溶、增敏剂后才能进行测定。2.1 萃取光度法:文献 9使用苯或甲苯进行萃取,然后进行光度测定。由于该法使用了毒性较大的有机溶剂苯或甲苯,一则造成环境污染,二则影响了分析人员的健康,因此逐渐被其他方法所代替。2.2 离心沉淀光度法:文献 10分别使用离心光度法,使其摩尔吸光系数提高到 1.42107,3.391011,2.52108,5.06108。具体操作是将生成的络合物静置后
9、,置离心管于离心沉淀器中离心(3500r/min),取出离心管,用玻璃毛细管把溶液真空抽吸除去, 粘附在管壁上的络合物沉淀用无水乙醇溶解,以同样的条件制备试剂空白作参比进行测定。此法用于矿样、血清或水的测定,效果很好。2.3 协同显色光度法:文献 11主要是利用邻苯二酚紫,溴邻苯三酚红与罗丹明类染料的双试剂,协同显色,从而提高其显色反应的灵敏度和稳定性。2.4 胶束增溶增敏光度法:常用的聚乙烯醇、吐温-80、吐温-20、OP 和阿拉伯树胶等大分子增溶剂,使生成的多元络合物或缔合物能溶于水,不用进行分离可直接测定,如文献 12等。另外,陈淑桂等人 13使用丁基罗丹明 B 作显色剂,OP 和阿拉伯
10、胶作增溶剂,采用偏最小二乘回归法实现了对贵金属 Pt,Rh,Pd 和 Au的同时测定,其显色体系是 SnCl2-BRB-AG-OP 离子缔合体系,该体系灵敏度高,稳定性好,不经复杂分离手续对相互干扰的贵金属元素进行了同时测定。表观摩尔吸光系数可达 1.74106-2.74106。3 在动力学分析中的应用在一定条件下,某些氧化剂如:KIO 4、H 2O2、KBrO 3、KClO 3、(NH 4)2S2O8等能氧化罗丹明染料,使其褪色或荧光熄灭,某些还原剂如次磷酸钠也能还原罗丹明染料使其褪色,许多无机离子对上述反应有催化、助催化或抑制作用,可用动力学光度法或动力学荧光法测定它们。李祖碧 14等利用
11、钌()在 0.36molL-1的H3PO4介质中能催化 KIO4氧化丁基罗丹明 B 褪色的反应测定了钌,检出限达2.810-12gml-1,选择性很好。他们发现,该催化褪色反应破坏了丁基罗丹明 B的醌式结构,但并没有破坏分子的刚性平面,因此反应后的产物虽无颜色,但仍有很强的荧光。郑肇生等 15研究了阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠 SDS 对Mn()-氨三乙酸-KIO 4-罗丹明 B 催化体系的增敏作用机理,SDS 的加入,使体系灵敏度提高了 3.4 倍,选择性也较高,可直接进行水样及酒样中锰的测定。张志琪 16等研究了在 PH=2.0 的 H3PO4-KH2PO4介质中,Au()存在下,Pd(
12、)对次磷酸钠还原罗丹明 B 褪色的催化作用。认为次磷酸钠首先将 Au()还原为单质金,再黄山学院本科毕业论文6将钯()还原为钯(0)使之较均匀地附着在金载体上。然后在钯(0)的催化下,次磷酸钠还原水产生氢,将罗丹明 B 还原。该法用于测定模拟合金及含钯分子筛中的钯,灵敏度和选择性都较高。利用罗丹明染料进行物质分析的其他方法也有所发展。如化学发光法测定抗坏血酸;双荧光剂等色染料离子对法测定锗和镓;反相高效液相色谱法测定磷;二级散射光谱法测定汞;催化电位法测定微量锰等,拓宽了罗丹明染料的应用范围。基于罗丹明类染料的催化动力学氧化还原性,文献 17分别利用 H2O2, KIO3, KIO4,KBrO
13、3,KMnO4等对其进行氧化,次磷酸钠进行还原,从而破坏其醌式结构,使其颜色褪去。根据颜色的深浅进行光度测定。同时还与萃取,流动注射等技术连用,简化操作手续,提高了灵敏度。周颖 18基于 Cu(),Fe()在 pH = 3-9 范围内能同时催化过氧化氢氧化罗丹明 B 的褪色反应,探讨了最佳反应条件,通过构建流动注射 pH 梯度,采用 CCD 二极管阵列检测器检测吸光度差值,反向传播-人工神经网络(BP-ANN)处理数据,实现了 Cu(),Fe()流动注射-催化动力学光度法的同时测定。罗丹明 3GO 在碱性和酸性介质中,可能分别以碱式和酸式构体存在,随着酸度的变化,其构体间发生转化,从而引起颜色
14、的变化。文献 19基于在盐酸介质中微量亚硝酸根与罗丹明 3GO 发生的重氮化褪色反应,通过对产物进行棕色环检验认为可能的机理如图二所示:图二罗丹明 3GO 在酸性介质中呈橙色，其吸收光谱在 526.0nm 处有一强吸收峰，且随着亚硝酸根加入量的增加而降低。罗丹明 3GO 的最大荧光激发波长为527nm，最大荧光发射波长为 555nm，亚硝酸根的加入使得罗丹明 3GO 在最大荧光激发波长和最大荧光发射波长处的荧光强度明显降低，因而颜色发生变化。4 在荧光光度分析中的应用黄山学院本科毕业论文7荧光分析法比紫外-可见分光光度法的灵敏度高 2-3 个数量级,工作曲线线性范围宽,且能提供激发光谱、发射光
15、谱、发光强度、发光寿命、量子产率、偏振和各向异性等诸多信息。罗丹明型试剂的某些离子缔合物在水溶液或萃取到有机相中都有强烈的荧光发射,认为它们有比较共平面的分子结构的刚性所致。罗丹明单体水溶液能发出很强的荧光,但在酸性介质中,当与配阴离子反应形成离子缔合物后,便产生荧光猝灭。可用萃取荧光法分析相应的物质,如硼、钆、镧、钽、钍等。与吸光光度分析相似,体系中加入聚乙烯醇、-环糊精等分散剂后,可直接进行高灵敏水相荧光分析 20。荧光反应室温下即可完成,体系稳定性很好。文献 21研究发现,在 0.08molL-1的 HCl 介质中, NO-2氧化 KI 的反应产物 I-3,可与罗丹明 B 反应形成无荧光
16、的电荷转移离子缔合物 RhB+I-3,以此为基础,建立了荧光法测定微量 NO-2的新方法,体系灵敏度高,选择性好,可直接水相测定自来水及矿泉水中的 NO-2。在盐酸介质中形成的 KI-甲基汞-RhB 体系用来检测甲基汞,其荧光测定波长ex/em=575/590,线性范围为 410-8-510-7molL-1 22。张爱梅等 23用Rh6G-Co2+-H2O2体系荧光法测定了常见蔬菜的抗氧化活性。文献 24报道了测定锇的 BRB-KIO4体系,反应机理为在酸性介质中,BRB 水解为罗丹明 B(RhB), Os()被 KIO4氧化为 Os(),在硫酸介质中 Os ()以络合物OsO 2(OH)2S
17、O4存在,继而催化剂与氧化剂形成络合物OsO 2(OH)2(IO4)2,该络合物氧化 RhB 生成有黄色荧光的中间体C 28H30N2O4+,继续氧化为无色、无荧光的产物C 28H34N2O7+,BRB 的平面刚性结构被破坏。此体系已用于实际样品的检测。李祖碧 25等提出在磷酸-氯化钠介质中 Ir()催化高碘酸钾氧化乙基罗丹明 B(ERB)形成褪色化合物。试验发现,以 KBrO3代替 KIO4时,无论催化反应或非催化反应,ERB 均被氧化为浅紫红色肉眼观察不到荧光的产物,由此推测,无论 Ir()是否存在,KBrO3氧化 ERB 的反应既破坏了 ERB 的发色结构又破坏了它的荧光结构。Ir()催
18、化 KIO4氧化 ERB 的反应中,ERB 的红色褪去仍有强的黄色荧光,由此可以推测,本反应仅破坏了 ERB 的发色结构,未破坏它的荧光结构。谢志海 26等报道了 RhB-离子表面活性剂形成离子缔合物,萃取荧光光度法测定水中阴离子表面活性剂。对于十二烷基硫酸钠的线性范围 0.025-0.4 mgL-1,RSD2.6%.此法可用于 10-7-10-4molL-1阴离子表面活性剂的测定。汪新 27的试验表明,BRB 在阴离子表面活性剂的作用下自聚成二聚体,体系荧光降低,蛋白质加入后体系荧光增强。以丁基罗丹明 B 单体和二聚体平衡转化为基础,提出了丁基罗丹明 B 自聚平衡体系测定蛋白质方法。5 在荧
19、光探针方面的应用罗丹明荧光探针作为生物学研究中使用最广泛的荧光探针之一,广泛地应用黄山学院本科毕业论文8于活体细胞内小分子的检验、生物大分子的分析以及复杂生物体系的研究等方面。罗丹明荧光探针在生化分析中的应用研究融合了分子生物学、分析化学、有机化学等多个学科,是当今化学研究的热点领域。罗丹明荧光探针在基因分析和 DNA 测序中已有广泛的应用 28。由于该类技术具有广阔的应用前景和巨大的商业价值,相关的专利报道也较多。另外, Ansorge W29等利用罗丹明与 DNA 分子的弱相互作用,也可以对 DNA 分子进行定量测定。肽核酸(PNA)是一类以多肽为骨架的核苷酸类似物,它不带电荷,杂交特异性
20、强,能抵抗核酸酶及蛋白酶的降解,因此可作为杂交探针用于疾病诊断,或作为反义试剂进行基因治疗的探索。Morrison LE30等利用罗丹明荧光探针可以对 PNA 的杂交特异性、生物亲和性等方面进行研究。荧光标记的核酸探针是指能与特定核苷酸序列发生特异互补杂交,而后又能被特殊方法检测的已知核苷酸链。基因芯片大部分采用荧光染料标记,杂交测序是基因芯片技术的一个重要应用。通过设计引物及探针,用 PCR 或杂交方法来检测微生物的部分核酸序列,帮助疾病诊断。基于荧光能量传递技术的荧光定量 PCR 技术的快速发展,使其可准确敏感地测定模板浓度及检测基因变异,成为核酸定量检测的一个全新方法。目前,对罗丹明荧光
21、探针在生化分析领域的研究主要集中在两个方面:第一,增加罗丹明分子的共平面性、结构刚性以及增大分子 电子共轭体系,用以提高荧光量子产率和发射波长,以减少生物分子背景荧光的干扰,增加检测灵敏度;第二,在罗丹明母体上引入特定的基团以实现罗丹明荧光探针的特殊功能,使其具有更好的选择性和生物亲和性。随着罗丹明荧光探针的检测灵敏度、特异选择性和生物亲和性的不断提高,罗丹明荧光探针在生化分析中的应用也会越来越广泛。6 在伏安法中的应用利用循环伏安法(CV)将罗丹明 B 电聚合修饰于玻碳电极表面,制备出对对乙酰氨基酚(PRCT)具有良好电催化作用的聚罗丹明 B 薄膜修饰电极(PRhBE)。详细研究了 PRhB
22、E 对 PRCT 电催化作用的最佳条件。结果表明,PRCT 的浓度在3.3110-7-6.6210-5mol L-1及 7.9410-4-3.3110-2 mol L-1范围内与峰电流分段呈良好的线性关系;检测限可达 1.6510-7 mol L-1。相对标准偏差不大于 1.5%,回收率在 95.6%-105.4%之间,可用于实际样品中 PRCT 的定量分析。将罗丹明类染料与待测离子生成的缔合物和伏安法结合进行测定,收到良好效果。吴青等 31采用柠檬酸钠-KCl-HCl 作底液,玻碳为工作电极和罗丹明 B 为有机吸附沉淀剂,与 I-生成的难溶缔合物被吸附于电极表面,其线性范围为4.710-9-
23、1.010-6 mol L-1,可用于矿样中碘的测定。仰蜀薰 32以玻碳电极为工作电极,Br -为络合剂,丁基罗丹明 B 为缔合剂,与碘生成难溶的离子缔合物,底黄山学院本科毕业论文9液为 0.1 molL-1H2SO4-7.510-4molL-1Br-610molL-1丁基罗丹明 B,I-在1.0-50.0g L -1范围内与峰高呈线性,方法用于食盐中碘的测定,效果良好。7 在化学发光法中的应用化学发光是基于化学反应提供的能量使一种反应产物的电子被激发,从激发态回到基态发射的光的强度对物质含量进行测定的。被测物可以直接、间接测定,也可借助偶合反应来测定。朱英贵等 33基于硫离子对罗丹明 B-过
24、氧乙酸-NaOH 化学发光有较强的增敏作用,建立了流动注射化学发光增强法测定痕量硫的方法。该法的线性范围为3.010-5-8.010-4gL-1,检出限为 3.5gL -1。此法已用于环境水样中痕量硫的测定。李光浩等 34利用 RhB 作为碱性染料,在强碱性过氧化氢介质中具有化学发光行为。在 Cr()的催化下才能产生较强的化学发光。当其化学发光条件确定时,发光强度与 RhB 的浓度在一定范围内具有线性关系,以此奠定了定量分析罗丹明 B 的基础。俞英等 35以小孔 C18反相色谱柱和化学发光联用分离检测二氢氯噻(降压药)和 Captopril 两种药片混合物中的降压成分的含量。在硫酸介质中其发光
25、体系为 Rh6G-Ce()-药片成分。线性范围分别为 0.6-200mol L-1 (r=0.9992,n=10,二氢氯噻);8-300molL -1(r=0.9989,n=10,Captopril)。文献 36使用不同氧化剂与罗丹明类试剂形成的化学发光体系进行了不同药物测定。冯素玲 37等发现了测定牛胸腺 DNA 和青鱼精子 DNA 的高灵敏度流动注射化学发光方法。这种方法基于弱硫酸介质中 RhB-Ce()-DNA 体系,属于化学反应偶合发光。孔继川 38等,在碱性介质中,为保证试剂和样品混合效果的重现性和高效率,采用了连续加入试剂技术进行了鱼样品中三甲胺的 CL 测定。在酸性条件下, 冯素
26、玲 39等将安乃近样品注入 Rho6G-Tween-80 体系时,产生强烈的化学发光。据此制成了一种测定安乃近的新颖的化学发光流通传感器。柳凤珍等 40采用具有高度选择性的 Rh6G-PVA-400 体系,做出了安乃近化学发光测定的检出限为 0.003 mgL-1。此类方法的建立,拓宽了罗丹明类染料的分析应用范围,因此,也为化学发光分析提供了一条新的线索。此发光分析,选择性好,具有很好的发展前景。8 结束语罗丹明类化合物在无机组分(特别是金属离子)的光度法、荧光法和电化学分析中得到广泛应用,使之成为分析试剂中很重要的一类。罗丹明类化合物已广泛应用于环境分析、食品及药物分析,随着分析手段和分析方法的发展,合成和发现一些水溶性好,具有良好分子标识选择功能的罗丹明类试剂及其衍生物,用于无机、有机以及生物活性分子的检测,是今后罗丹明类试剂发展的方向之一。同时还应加强对其作用机理的探讨与研究,使该类物质的应用,更加完整、系统,
