荧光探针
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《罗丹明类荧光探针的合成及对铜离子的检测》
研究背景
常见的检测方法
01 分光光度法 灵敏度较低
02
电化学法 选择性较差
03 原子吸收 光谱法 对仪器要求 较 高、分析 成本高
04 高效液相色 谱法 对仪器要求 较高、分析 成本高
05 荧光光谱法
简便、快捷 灵敏度高、 选择性好、 成本低等优 点
目
录
实验部分
铜离子含量的测定
在6.5×10-8~2.9×10-6mol/L范围内， Cu2+的浓度与相对荧光强度(△F=F-F0） 呈良好的线性关系，线性回归方程为△ F=3.43c-0.07(c的单位是10-6mol/L),相关 系数R2=0. 9989.测定11次探针空白,得标 准偏差为5.72×10-8,以3倍标准偏差计算 得到检出限为5. 0×10-8mol/L。
实验部分
二、溶剂体系对RA和Cu2+反应的影响
可见，纯水或在纯乙腈中，Cu2+和探 针RA之间相互作用不明显，体系的荧 光强度很弱。当CH3CN/H2O的体积比 在1B9~9B1之间时，探针RA可对Cu2+ 进行很好地识别。其中，CH3CN/H2O 的体积比为1：1时，荧光强度已接近 最大；再增加乙腈的含量，虽然体系 的荧光强度未降低，但增加有机试剂 的用量对环境和生物体系的测试均不 利，因此选择V(CH3CN) /V(H2O)=1： 1进行测试。
检测原理
光诱导电子转移机理(PET过程)---荧光增强
“turn －on”类型 原理：识别基团很强的给电子能力，能够将其处于最高占有轨道(HOMO)上的电子,转 入激发态的荧光团因电子激发而空出的HOMO，从而使突光团被光激发的电子无 法直接跃迁回基态轨道发出突光,从而导致突光团辞灭；但是当识别基团与被识别 客体相结合后,识别基团的给电子能力降低，使受体的HOMO低于荧光团的HOMO， 导致PET过程减弱,或不再发生,突光团能够放出荧光。
￭罗丹明类阳离子荧光探针具有良好细胞膜渗透性以及对细
胞无毒副作用，在活体或活细胞中也可用它来做探针。
实验结论
RA荧光探针有如下优点：
①
灵敏度高、 选择性好
②
其荧光发射 波长在可见 区，用在细 胞中可避免 细胞自身荧 光和背景散 射的影响。
③
激发波长所 需的能量较 低,避免了高 能量的激发 波长对细胞 造成的潜在 伤害
。
④
在水溶液中 检测Cu2+的 有效pH范围 宽。
迎 欢
提百度文库
问
Thank you
检测原理
背景知识---荧光探针的机理 ￭顺磁性荧光猝灭
￭光诱导电子转移机理
￭光诱导电荷转移机理
￭荧光共振能量传递
￭激基缔合物或激基络合物的形成
检测原理
顺磁性突光猝灭---猝灭型荧光探针
Cu2+是d9结构的顺磁性离子，荧光团系统内交叉能量传递(isc)速度更快， 促进了体系间跨越，使得激发单重态的荧光分子转变至三重态，这是 荧光猝灭的主要原因，对荧光具有极强的猝灭。 大多数报道的铜离子荧光分子探针都是荧光猝灭型的。探针识别客 体时荧光猝灭不仅不利于高通量信号输出，而且其它猝灭过程也易引起 干扰，所以开发高灵敏、高选择性的荧光增强型铜离子荧光分子探针具 有重要意义。
在5Lmol/L RA的乙腈/水(体积比 1：1)溶液中分别加入50Lmol/L 不同种类的常见金属离子,室温 下反应2 h.被测试的金属离子有 Na+, K+, Mg2+,Ca2+, Mn2+, Cd2+, Cr3+, Co2+, Ni2+, Ag+, Pb2+, Zn2+, Fe3+, Hg2+和Cu2。 除了Hg2+有很小的荧光响应外, 其它常见的共存金属离子未表 现出荧光增强性能。 因此, RA是一个高选择性荧光增 强型Cu2+探针。
实验部分
三、pH对RA荧光光谱的影响
结果表明,探针RA在较宽的pH范围 内(4.1~10.5)主要以螺环形式存在, 其水溶液既无颜色又几乎无荧光, 表明它是一个对pH不敏感的荧光 分子探针,经拟合计算得pKa=3.00. 本论文选用CH3CN/H2O(体积比 1:1)体系进行试验。
实验部分
四、离子选择性
0 1 研究背景 检测原理 0 3 实验部分 实验结论 0 2
Contents
0 4
研究背景
Cu2 + 生物体中基本的微量元素一; 生物体内过量摄入的铜也会产 生毒性; 采用荧光探针的方法检测铜离 子，尤其是跟踪其在化学反应 和生命活动中的作用过程具有 重要的意义．
Cu2 +
检测原理
背景知识---荧光探针 • 典型的荧光探针由识别基团(受体)，荧光团和连接二者的 连接基团所组成。受体和底物结合后,导致受体分子光物理性 质的变化,具体表现为荧光团部分发生突光猝灭或增强。
End
￭常见的有机染料分子如罗丹明、荧光素、香豆素等具有 价格便宜、容易修饰及光谱性质丰富等特点，成为理想的 金属离子探针生色团。
￭在这些染料分子中，罗丹明类化合物因具有摩尔消光系数
高、光稳定性好、荧光量子产率高、对 pH不敏感、较长 的激发波长和发射波长等优异的光物理和光化学性能，从 而被广泛的应用于离子探针的设计中。
实验部分
测定荧光光谱
Cu2+浓度逐渐增大，RA的荧光 强度大幅度增加，最大发射波长 由565 nm红移到571 nm，也证 明了探针分子发生了开环，形成 了共轭体系较大的荧光体系。
实验部分
一、时间对RA和Cu2+反应的影响
可以看出，反应刚开始时体系荧光 增强的速率较快，但1 h后荧光增强 的速率变慢,，2 h后荧光强度变化 很小，几乎形成了一个平台，说明 RA和Cu2+的反应基本完成。 本文选择RA和Cu2+反应2 h后进行 测试。
研究背景
常见的检测方法
01 分光光度法 灵敏度较低
02
电化学法 选择性较差
03 原子吸收 光谱法 对仪器要求 较 高、分析 成本高
04 高效液相色 谱法 对仪器要求 较高、分析 成本高
05 荧光光谱法
简便、快捷 灵敏度高、 选择性好、 成本低等优 点
目
录
实验部分
铜离子含量的测定
在6.5×10-8~2.9×10-6mol/L范围内， Cu2+的浓度与相对荧光强度(△F=F-F0） 呈良好的线性关系，线性回归方程为△ F=3.43c-0.07(c的单位是10-6mol/L),相关 系数R2=0. 9989.测定11次探针空白,得标 准偏差为5.72×10-8,以3倍标准偏差计算 得到检出限为5. 0×10-8mol/L。
实验部分
二、溶剂体系对RA和Cu2+反应的影响
可见，纯水或在纯乙腈中，Cu2+和探 针RA之间相互作用不明显，体系的荧 光强度很弱。当CH3CN/H2O的体积比 在1B9~9B1之间时，探针RA可对Cu2+ 进行很好地识别。其中，CH3CN/H2O 的体积比为1：1时，荧光强度已接近 最大；再增加乙腈的含量，虽然体系 的荧光强度未降低，但增加有机试剂 的用量对环境和生物体系的测试均不 利，因此选择V(CH3CN) /V(H2O)=1： 1进行测试。
检测原理
光诱导电子转移机理(PET过程)---荧光增强
“turn －on”类型 原理：识别基团很强的给电子能力，能够将其处于最高占有轨道(HOMO)上的电子,转 入激发态的荧光团因电子激发而空出的HOMO，从而使突光团被光激发的电子无 法直接跃迁回基态轨道发出突光,从而导致突光团辞灭；但是当识别基团与被识别 客体相结合后,识别基团的给电子能力降低，使受体的HOMO低于荧光团的HOMO， 导致PET过程减弱,或不再发生,突光团能够放出荧光。
￭罗丹明类阳离子荧光探针具有良好细胞膜渗透性以及对细
胞无毒副作用，在活体或活细胞中也可用它来做探针。
实验结论
RA荧光探针有如下优点：
①
灵敏度高、 选择性好
②
其荧光发射 波长在可见 区，用在细 胞中可避免 细胞自身荧 光和背景散 射的影响。
③
激发波长所 需的能量较 低,避免了高 能量的激发 波长对细胞 造成的潜在 伤害
。
④
在水溶液中 检测Cu2+的 有效pH范围 宽。
迎 欢
提百度文库
问
Thank you
检测原理
背景知识---荧光探针的机理 ￭顺磁性荧光猝灭
￭光诱导电子转移机理
￭光诱导电荷转移机理
￭荧光共振能量传递
￭激基缔合物或激基络合物的形成
检测原理
顺磁性突光猝灭---猝灭型荧光探针
Cu2+是d9结构的顺磁性离子，荧光团系统内交叉能量传递(isc)速度更快， 促进了体系间跨越，使得激发单重态的荧光分子转变至三重态，这是 荧光猝灭的主要原因，对荧光具有极强的猝灭。 大多数报道的铜离子荧光分子探针都是荧光猝灭型的。探针识别客 体时荧光猝灭不仅不利于高通量信号输出，而且其它猝灭过程也易引起 干扰，所以开发高灵敏、高选择性的荧光增强型铜离子荧光分子探针具 有重要意义。
在5Lmol/L RA的乙腈/水(体积比 1：1)溶液中分别加入50Lmol/L 不同种类的常见金属离子,室温 下反应2 h.被测试的金属离子有 Na+, K+, Mg2+,Ca2+, Mn2+, Cd2+, Cr3+, Co2+, Ni2+, Ag+, Pb2+, Zn2+, Fe3+, Hg2+和Cu2。 除了Hg2+有很小的荧光响应外, 其它常见的共存金属离子未表 现出荧光增强性能。 因此, RA是一个高选择性荧光增 强型Cu2+探针。
实验部分
三、pH对RA荧光光谱的影响
结果表明,探针RA在较宽的pH范围 内(4.1~10.5)主要以螺环形式存在, 其水溶液既无颜色又几乎无荧光, 表明它是一个对pH不敏感的荧光 分子探针,经拟合计算得pKa=3.00. 本论文选用CH3CN/H2O(体积比 1:1)体系进行试验。
实验部分
四、离子选择性
0 1 研究背景 检测原理 0 3 实验部分 实验结论 0 2
Contents
0 4
研究背景
Cu2 + 生物体中基本的微量元素一; 生物体内过量摄入的铜也会产 生毒性; 采用荧光探针的方法检测铜离 子，尤其是跟踪其在化学反应 和生命活动中的作用过程具有 重要的意义．
Cu2 +
检测原理
背景知识---荧光探针 • 典型的荧光探针由识别基团(受体)，荧光团和连接二者的 连接基团所组成。受体和底物结合后,导致受体分子光物理性 质的变化,具体表现为荧光团部分发生突光猝灭或增强。
End
￭常见的有机染料分子如罗丹明、荧光素、香豆素等具有 价格便宜、容易修饰及光谱性质丰富等特点，成为理想的 金属离子探针生色团。
￭在这些染料分子中，罗丹明类化合物因具有摩尔消光系数
高、光稳定性好、荧光量子产率高、对 pH不敏感、较长 的激发波长和发射波长等优异的光物理和光化学性能，从 而被广泛的应用于离子探针的设计中。
实验部分
测定荧光光谱
Cu2+浓度逐渐增大，RA的荧光 强度大幅度增加，最大发射波长 由565 nm红移到571 nm，也证 明了探针分子发生了开环，形成 了共轭体系较大的荧光体系。
实验部分
一、时间对RA和Cu2+反应的影响
可以看出，反应刚开始时体系荧光 增强的速率较快，但1 h后荧光增强 的速率变慢,，2 h后荧光强度变化 很小，几乎形成了一个平台，说明 RA和Cu2+的反应基本完成。 本文选择RA和Cu2+反应2 h后进行 测试。