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有机荧光探针在铀酰离子检测方面的研究进展

更新时间:2009-03-28

随着核工业的发展和对核能需求的不断增长,铀的消耗量在全球范围内持续增长[1],从铀矿开采到放射性废物的处理等任何环节均会使铀不可避免的流入环境中。作为一种重金属元素,铀同时具有放射性和化学毒性,不但会对生态系统造成影响[2-4],还可以通过饮用水和食物链进入人体,造成肾脏、泌尿系统以及遗传等方面的疾病,威胁人类健康[5-7]。我国河流中天然铀的径流量加权质量浓度为1.77 μg/L[8],铀矿和铀加工废水中的铀质量浓度一般在mg/L量级甚至更高[9-10],而《铀矿冶辐射防护和环境保护规定》[11]指出,在没有受纳水体时,铀的允许排放质量浓度限值为0.05 mg/L。世界卫生组织《饮用水水质准则》[12]建议饮用水中总α活度不超过0.5 Bq/L(放射性),铀的质量浓度不超过30 μg/L(化学毒性),以确保不明显增加健康风险。因此在核能与核技术的发展过程中,放射性废液中铀的检测与安全有效处置是目前环境领域中重要的研究方向。

环境中铀存在多种氧化态形式(+2、+3、+4、+5和+6价),在水体中主要以正六价铀酰离子的形式存在。目前检测铀酰离子的方法主要有放射性测量法[13]、荧光法[14]、分光光度法[15]、电感耦合等离子体-原子发射光谱法[16]、离子色谱法[17]、电感耦合等离子体质谱法[18]、表面增强拉曼光谱法[19]等。相比较而言,荧光法不需要使用昂贵复杂的仪器设备,操作简单快捷,灵敏度和选择性较好,是目前检测水体中铀酰离子浓度最主要的测试方法之一。

虽然铀酰离子自身具有荧光特性(λex:260~350 nm/λem:450~600 nm)[20],但是在实际应用中,溶液体系中多组分的存在会使铀酰离子发生荧光淬灭从而大大减弱其荧光强度[21],因此需要加入其它化学试剂(荧光增强剂或荧光探针)来增强荧光,以实现对铀酰离子浓度的检测。目前常用的荧光试剂按其性质主要分为无机酸/盐类、有机荧光分子类和生物分子类等。

无机荧光探针目前常用的有H3PO4、H2SO4、HClO4等及其相应的盐[22-23]。它们主要是利用这些无机酸根离子与铀酰离子形成络合物以减少溶液多组分对荧光的淬灭影响,在一定范围内利用稳定的荧光强度与铀酰离子浓度的函数关系计算出体系中铀酰离子的浓度。如2012年,Ganesh等[24]报道使用磷酸钠作为荧光增强剂测量PUREX流程废液中的检测限可达0.2 μg/L,检测范围在0~40 μg/L,但当存在钍离子时会严重影响的检测。随后,Maji等[25]提出使用1 mol/L H3PO4和1 mol/L H2SO4混合液以避免钍离子的影响,当钍离子质量浓度为10 mg/L时对的检测限达20 μg/L,由于H2SO4的竞争配位作用以及钍离子对荧光的淬灭作用,使得该方法的检测限变高。

生物探针主要是在生物分子(如DNA、酶蛋白等)上修饰具有发光性质的荧光基团和能对铀酰离子选择性配位的识别基团,带荧光基团的DNA单独存在时荧光信号很弱,与铀酰离子特异性识别后,铀酰离子剪切DNA的底物链,释放出荧光基团,荧光信号得以恢复,恢复程度与铀酰离子浓度相关。如2007年,Liu等[26]报道了一种利用荧光剂FAM和淬灭剂Black Hole标记DNA的传感器,检测限为45 pmol/L,检测范围为0~400 nmol/L。2015年,Xiao等[27]利用四个鸟嘌呤淬灭DNAzyme底端TAMRA基团的荧光特性,构建的荧光探针检测限为0.41 nmol/L,可用于矿石和天然水样中微量检测。

目前无机酸/盐类探针可以达到较低的检测限,但是选择性和抗干扰能力不佳,检测范围还有待提高;生物探针的灵敏度、检测限等均较好,但是生物分离和活体维持等的成本较高,制备方法和实验设备较为复杂,不利于快速现场检测。

比较而言,有机荧光分子制备简单、结构易修饰,无需复杂的实验设备,具有良好的选择性和灵敏度,是一种良好的荧光探针材料。近年来,有机荧光分子在铀酰探针的设计、新型传感体系的构筑以及实际应用等方面取得了重大成果。本文将对近几年来,用于铀酰离子检测的有机荧光探针的主要研究进展进行介绍,并对未来新型有机荧光探针的发展进行展望。

1 天然荧光/药物分子的传感应用

由于铀酰离子属硬酸,根据软硬酸碱理论,一些含氧原子或氮原子的硬碱配体适于与铀酰离子配位。研究者们发现一些含氧、氮的天然荧光/药物分子就可以与铀酰离子配位并用于其荧光检测。当荧光分子与铀酰离子作用时,分子内的孤对电子(N、O等)与铀酰离子选择性配位形成铀酰-配体化合物,从而使整个体系的立体结构和电子分布发生变化(图1[28]),进而引起其荧光谱的改变。根据其变化量在一定范围内确定铀酰离子的浓度,其灵敏度与化合物自身荧光性能、与铀酰离子结合能力以及配位环境相关[29]

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根据表4,检验值和标准值的均值不同,呈现出与男性相似的情形:F2检验值在紧元音和松元音中均略低于标准值,说明女性贵州学生总体较母语女性使用者舌位较靠后,因而唇形也较圆。两者不具有统计学意义的显著性差异。

1.1 天然荧光染料

研究发现,某些天然荧光染料分子对铀酰离子具有配位识别能力。早期研究中常使用高量子产率的天然荧光染料作为铀酰离子的荧光探针,利用探针的强发光性质可在一定浓度范围内得到浓度传感结果。

  

图1 配体(a,b)和铀酰-配体(c,d)配合物的分子轨道[28]Fig.1 Molecular orbitals of free ligand(a, b) and ligand-uranyl complex(c, d)[28]

2002年Nivens等[30]报道了利用钙黄绿素(calcein)(图2,C1)的荧光淬灭和光致催化氧化来检测与calcein形成配合物后造成calcein的荧光淬灭,在一定范围内荧光强度的减弱与浓度成线性关系,可以用于检测。但Fe3+和铬酸盐也能使calcein荧光淬灭,对检测造成干扰。而采用光致催化氧化,用425 nm的光激发配合物,激发态的催化calcein进行光化学反应产生高荧光产物,使得体系荧光增加,而Fe3+和铬酸盐在此波长激发下不会发生催化反应,进而有效避免Fe3+和铬酸盐的干扰。荧光淬灭的检测限为60 nmol/L,而光致催化的检测限为40 nmol/L。

图7(b)中墩柱均有耗能钢筋的参与,其中墩柱③,耗能钢筋部分裸露在外,墩柱的耗能能力以及抗侧力较墩柱①有明显的提升.滞回曲线饱满,耗能能力优异,滞回曲线中的各个滞回环界限分明,相邻滞回环的后一等级覆盖上一等级的滞回环.当加载位移达到100 mm时,局部节段墩柱间局部混凝土出现应力集中,应力迅速增加,墩柱的抗侧力稍有提升.墩柱④有现浇混凝土包裹耗能钢筋,耗能钢筋与现浇混凝土共同作用,使墩柱的抗侧力大幅提升,耗能能力明显提高.

  

图2 有机荧光染料的分子结构[30-31]Fig.2 Molecular structure of organic fluorescent dyes[30-31]

2016年,Zhu等[31]报道了利用天然色素姜黄素(curcumin)(图2,C2)用于检测,姜黄素自身的荧光量子产率不高,在加入Triton X-100微胶粒后可以极大地增强姜黄素的荧光强度。微胶包覆的姜黄素可与结合形成1∶2的配合物,荧光强度显著减弱,并出现微弱红移(从亮黄色到橙色的颜色变化)。在3.7×10-6~1.4×10-5 mol/L的范围内荧光强度的衰减与的浓度呈正相关。但当姜黄素自身的浓度超过2.8×10-5 mol/L时,由于浓度淬灭效应,出现荧光减弱。目前,新型荧光染料分子的设计是铀酰离子传感体系的一个研究方向,抑制非辐射跃迁、增大荧光对浓度响应幅度、提高检测灵敏度是主要研究内容。

1.2 有机芳酸类分子

研究发现含羟基、羧基、氨基等基团的有机芳酸类分子,由于羟基、氨基中孤对电子能与铀酰离子选择性配位,故也较早用于铀酰离子的检测。

2009年,Maji等[32]报道了利用2,6-吡啶二甲酸(PDA)(图3,C3)对和镧系元素的检测。PDA浓度为10-4 mol/L时,铀酰配合物的荧光强度最大,同时对镧系元素也是最优,故能检测和镧系元素。PDA对的检测范围为2.6×10-7~8.8×10-6 mol/L,检测限为2.2×10-7 mol/L,对Tb3+的检测限为1×10-8 mol/L,对Eu3+的检测限为5×10-9 mol/L。

  

图3 有机酸探针分子结构[32-33,35]Fig.3 Molecular structure of organic acids[32-33,35]

2014年,Shen等[40]用3,3′,4,5′-四氨基联苯与水杨醛缩合得到席夫碱衍生物bis-salophen(图5,C9),该席夫碱可以与形成1∶2的配合物,同时荧光强度明显增强,检测限达到1.7×10-9 mol/L,检测范围在3.0×10-9~3.5×10-7 mol/L之间,并成功应用于环境水样中的检测。

2017年,Ma等[55]报道了一种带有氨肟基团的聚合物荧光探针(图7)。该探针的荧光强度随着浓度增加成线性减弱,能有效检测浓度。其灵敏检测范围是10~150 nmol/L,检测限为10 nmol/L,除Ni2+和Fe3+有10%的荧光减弱外,其他金属离子对荧光淬灭没有任何影响。该荧光探针的检测限和选择性均较好,但当分子本身的重复单元浓度超过10-5 mol/L时,会出现荧光淬灭。

2016年,Li等[42]合成了一种席夫碱类化合物(图5,C11),与形成1∶1的配合物,可使吡咯红Y(PRY)荧光减弱,减弱程度与浓度呈线性关系,其检测范围为0.067~6.57 ng/mL。

1.3 药物分子

其他具有荧光性质的药物分子也常用于铀酰离子检测。如2015年,Elabd等[36]报道了一种利用三甲氧苄嗪(Trimetazidine)(图4,C6)检测的方法。Trimetazidine与形成1∶1的配合物后,其荧光淬灭,检测范围为4.9×10-8~1.7×10-6 mol/L,检测限达4.1×10-8 mol/L。2016年,Elabd等[37]报道了另一种利用氯吡格雷(Clopidogrel)(图4,C7)检测的方法,其检测限达2.6×10-10 mol/L,在环己二胺四乙酸(CyDTA)作为屏蔽剂的情况下,能降低Al3+、Th4+、Fe3+等其他金属离子的干扰。

但这些有机荧光分子存在荧光量子产率不高、或对铀酰离子选择性不佳的问题,为解决这一问题,研究人员发展设计了新型有机荧光传感体系。

为提高荧光探针的检测性能, He等[38]报道了一种吸附-辅助检测方法。他们在秦皮甲素(esculin)(图4,C8)检测铀酰离子的过程中引入介孔分子筛SBA-15, esculin和同时被吸附在SBA-15的表面或孔隙中,使得esculin的检测灵敏度和选择性得到了极大的提高,其线性检测范围为1.0×10-9~5.0×10-8 mol/L。该方式为测定痕量铀酰离子提供了一种新的方法。

2 新型有机荧光探针的构建

针对有机荧光分子的检测限和选择性问题,研究人员通过将高量子产率的荧光基团和可与铀酰离子选择性配位的基团结合来构筑铀酰离子荧光探针。通过分子的识别基团对铀酰浓度的响应转化成荧光强度对浓度的响应,实现铀酰离子浓度检测。根据软硬酸碱理论,含N、O等硬碱配体适合于铀酰离子配位。目前,开发的新型有机荧光探针主要包括席夫碱、吡咯、吡啶、偕氨肟衍生物等。

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2.1 席夫碱衍生物

席夫碱化合物由于CN双键中存在的氮孤对电子,使得其易与金属离子发生配位作用形成稳定的金属-配体配合物,在金属配位化学领域受到广泛地研究,经常被用作识别金属离子的探针[39]

2016年,Elabd等[33]利用具有共轭双键的呋喃苯胺酸(Furosemide)(图3,C4)用于检测,Furosemide中氨基N原子和羟基O原子形成的分子空腔,适于与配位形成1∶1的配合物,会使Furosemide的荧光增强,且荧光增强量与浓度呈线性关系。检测限为7.0 × 10-7~4.0 × 10-6 mol/L,在环己二胺四乙酸(CyDTA)作为掩蔽剂下,能大大减弱Th4+、Al3+、Fe3+和La3+等离子的干扰。

2014年,陈琳等[41]利用磺基水杨醛与邻苯二胺合成了水溶性良好的四齿席夫碱衍生物Sulfo-Salophe(图5,C10),与形成1∶1的配合物后荧光增强,其检测范围为3×10-8~4.0×10-6 mol/L,检测限为1.5×10-8 mol/L。

  

图4 药物分子的分子结构[36-38]Fig.4 Structure of other drug molecules[36-38]

  

图5 席夫碱衍生物配体的分子结构[40-44]Fig.5 Molecular structure of schiff-base derivatives[40-44]

所谓一级核算是医院财务对制剂部门成本费用的核算,医院把制剂部门作为利润中心,对制剂部门消耗的直接材料费用、直接人工费用及制造费用进行归集,对制剂部门的收入、支出及结余状况进行核算。在一级核算基础上,医院在制剂部门设成本专管员二级核算,主要对每类品种的制剂部门可控变动成本进行核算。对于无法直接归集的生产制剂所占用的厂房、生产设备等固定资产折旧、水电费、管理费用或其他间接费用,则由财务进行统一归集,再根据选定的方法进行分摊,计入各相关制剂品种成本。这样,既实现对制剂成本中占比最大比例的原材料成本进行有效的针对性监控,也具有可操作性。

2011年,Maji研究组[35]报道了一种均苯三甲酸(TMA)-金属配合物共荧光检测得到了较低的检测限。在向荧光探针TMA中加入后,络合物荧光发射峰为499 nm,吸收峰为306 nm,随后加入Y3+后,形成了络合物,荧光发射峰从499 nm红移到501 nm,并且荧光强度增加了2个数量级。这使得TMA探针对铀酰离子的检测限降低到10-9 ng/mL。

除了直接利用荧光分子与铀酰离子形成金属-配体配合物外,加入第三种分子辅助铀酰离子检测也是研究人员常用的方法。如2012年,Wu等[43]报道一种利用席夫碱类化合物(图5,C12)和寡核苷酸与配位,形成三明治超分子,配位反应使得体系的荧光增强,其检测范围为0.5~30.0 ng/mL,检测限为0.2 ng/mL。该方法不仅能检测铀酰离子浓度,由于其中一个配体固定在硅胶粒表面,还能萃取浓缩铀酰离子。

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2015年,文献[44]报道一种利用喹喔啉-席夫碱(quinoxolinol salen)来快速检测铀酰离子(图5,C13、C14)。化合物C13能够与形成配合物造成荧光淬灭,除Cu2+外没有其他金属离子干扰。同时,化合物C14能与Cu2+选择性配位,而与没有作用,所以可以通过一个两配体系统来解决Cu2+的干扰问题,即利用化合物C13的荧光变化来检测铀酰离子,同时使用化合物C14来提取Cu2+

2.2 吡咯/吡啶衍生物

分子中包含吡咯、吡啶基团的化合物,具有仲/叔胺、亚胺等孤对电子,适合于锕系阳离子的吸附和检测[45]。卟啉类衍生物由于其共轭双键系统和π电子的高迁移率,在可见区域内具有较高的发光效率[46],是对铀酰离子高度敏感的荧光显色剂[47]

2007年,文献[48]报道了一种改变两个吡咯位得到的卟啉类衍生物Isoamethyrin(图6,C15),在与配位后,它的颜色和光谱特性发生了巨大的变化,可用于比色识别。2015年,Ho等[49]报道了一种卟啉类化合物 F1P1P4(图6,C16),具有高度依赖于配位环境的电子特性,在自由态(无时是非芳香性的,配体没有荧光信号,但与配位后变为芳香性并可产生荧光信号,且在一定范围内与浓度呈线性关系,检测限为6.2 μg/L。该方法可以用于活体细胞中成像。但卟啉类化合物在水介质中溶解度低,极大地限制了它的应用。

此外,为获得荧光效率更高的探针,研究人员发展了利用异双核配合物建立的共振荧光传感体系,即异双核配合物中的两个不同阳离子在固定的近距离下,发生阳离子-阳离子相互作用(cation-cation interactions, CCIs)引起共振能量转移导致更强的荧光发射[50]。例如,2018年Wang等[51]报道了一种两个四齿配体连接形成的大环化合物C17(图6),C17可以同时螯合和Eu3+两种阳离子形成异双核配合物。当它仅鳌合或Eu3+时,只产生非常微弱的荧光,但与和Eu3+形成异双核配合物时产生很强的共振荧光。这一方法检测线性范围为8×10-9~1.2×10-6 mol/L,检测下限为2×10-9 mol/L,并成功应用于环境水样中的痕量检测。

  

图6 吡咯/吡啶衍生物的分子结构[48-49,51-52]Fig.6 Molecular structure of pyrrole/pyridine derivatives[48-49,51-52]

较低的检测限、独特的选择性以及良好的再现性等是荧光探针在铀酰离子实际检测中的重要指标。Shamsipur等[52]报道的一种含邻二氮杂菲和蒽基团的环状化合物(图6,C18)就具有如此优异的性能。它在乙腈中具有微弱的荧光,和形成2∶1的配合物后,不仅禁止了从氨基到蒽基的光诱导电子转移(PET),而且增强了化合物的刚性,使其荧光显著增强。其线性范围较宽(1.0×10-10~1.0×10-3 mol/L),检测限较低(2.7×10-11 mol/L),且对的选择性很好。此外,该探针分子具有良好的再现性,可用于水体中铀酰离子的荧光检测。

2.3 偕氨肟衍生物

偕氨肟类材料由于C=N双键中N孤对电子可与铀酰离子选择性配位,是选择吸附综合性能最为优异的配体结构,备受人们关注。它具有的多种互变异构形式均与铀酰离子表现出一定的配位能力,是海水中吸附和萃取铀酰离子最常用的材料[53-54]。在偕氨肟基团上修饰具有荧光性质的基团是构筑新型荧光传感体系的重要方法之一。

  

图7 偕氨肟荧光聚合物的分子结构[55]Fig.7 Molecular structure of amidoximated fluorescent polymer[55]

这些有机芳酸探针由于简单的苯环结构,其量子产率较低,荧光较弱,限制了检测限,不利于实现低浓度铀酰离子的精确测量。为了解决这一问题,研究者们发展了共荧光法传感体系。共荧光法是利用一种荧光金属-配体配合物作为受体,另一种过量的非/低荧光金属-配体配合物作为供体,能量传递发生在供体和受体之间,使荧光配合物的荧光强度增强[34]

3 AIE型有机分子的传感应用

目前,用于铀酰离子检测的有机荧光探针无论是在种类的丰富度,还是检测限、选择性方面都取得了巨大成就,但在实际应用中探针分子的疏水性和聚集往往限制了有机荧光探针的发展。这是因为传统有机荧光分子在浓度较高(或固态)时会发生聚集导致发光淬灭(aggregation-caused quenching, ACQ)现象[56],只能在较稀溶液中使用。并且在实际检测时基本都是水溶液,而大多数的有机荧光分子都是疏水性的,即使稀浓度探针在水溶液中也不可避免地会发生聚集或沉淀导致ACQ效应[57],降低了体系的灵敏度和检测范围。另外,实际应用中,制成固体或薄膜形式的探针对现场检测更方便,但往往存在ACQ效应。

即便是今天,威尼托也是意大利北部葡萄酒产量最大的地区,风头与著名的托斯卡纳和皮埃蒙特产区并驾齐驱。如今,威尼托已经成为了意大利DOC葡萄酒最大的生产地。

近几十年来,尽管研究人员已经采用物理、化学和工程等手段来抑制有机荧光材料的ACQ效应[58-61],但由于聚集行为是一个自然的过程,所以效果并不理想。例如,Shu等[62]提出了一种方法以解决由于疏水性而导致的ACQ现象。他们在卟啉环上连接N-异丙基丙烯酰胺基团制备得到聚合物TCPP-PNIPAM(图8),该聚合物中的羧基和可溶性PNIPAM聚合物链可以提高TCPP在水中的溶解度。TCPP-PNIPAM在临界温度(32 ℃)有亲水性-疏水性的转变,这使得TCPP-PNIPAM很容易在临界温度之上被离心浓缩,再冷却到检测温度(25 ℃)进行铀酰离子检测,从而大大延长了检测的范围,其检测范围为1×10-7~1×10-3 mol/L。而对于痕量铀酰离子(如10-9~10-8 mol/L),可在临界温度之上通过离心浓缩100倍后再检测。该方法一定程度上增大了检测范围,但并没有从根本上解决其ACQ效应。

2001年,文献[63]报道硅杂环戊二烯表现出与ACQ完全相反的性能,即溶解时不发光,而聚集后发光显著增强的现象,命名为“聚集诱导发光”(aggregation-induced emission, AIE)。随后十几年中,包含硅杂环戊二烯、四苯乙烯、9,10-二苯乙烯基蒽类等(图9)多种具有显著AIE特性的分子被发现[64]。由于AIE分子不存在浓度淬灭问题,已经广泛地应用于光电材料[65-66]、化学传感[67-68]、生物成像[69-70]和应激反应[71]等领域,但用于放射性铀酰离子检测方面的研究目前并不多见。

系统梳理企业对外交易违规问题,全面查摆应招标未招标、违规招标、评标、虚假合同、拆分合同、事后合同等违规问题,对重大风险做出合规风险评估和预警,有针对性的研究制定具体防范措施,从制度机制层面堵塞管理漏洞。突出质量安全环保、资源权属、劳务用工、采购销售等重点领域合规监管,强化合规监管部门和业务部门主体责任和分工。结合企业实际,不定期组织合规专项检查,总结、反馈查处问题,逐渐形成符合企业运行模式的管控措施和机制。

在解答问题时,列出正确的函数关系式尤其重要。同时学生可能使用的数学知识通常为几何图形面积公式、勾股定理以及相似三角形等,应在实际问题解答期间结合各种数学知识背景对问题进行解答。如用勾股定理对函数表达式进行求解时,图中一定存在直角三角形或通过添辅助线,可以形成直角三角形。在使用相似三角形知识时,问题中通常具有平行线段以及角度相同的角。通常情况下很少直接有利用图形面积公式对函数关系式进行明确,通常需要结合实际需求进行相应的割补。

2014年,Chen等[72]报道了利用4-羟基苯甲醛和联氨合成的化合物PCSA(图10)在水/乙醇溶液中具有明显的AIE效应。在pH>10.3时,由于PCSA中的苯酚和羧基的去质子效应,PCSA的荧光很弱。但加入后,PCSA与形成1∶1的配合物,且配位化合物发生聚集形成了低聚物或聚合物,抑制了分子内运动从而导致荧光的显著增强,其检测范围为1~25 μg/L,检测限达0.2 μg/L。化合物PCSA与有很好的配位能力,除了Cu2+有部分荧光淬灭外,其他金属(如Th4+、Fe3+、Cr3+、Pb2+、Co2+、Mn2+、Ni2+)对荧光强度几乎没有影响。但是该荧光分子适用的pH范围较窄,且必须在碱性环境中工作,需要对被测水样pH值进行预处理,这不利于现场实际检测。

  

图8 TCPP-PNIPAM的分子结构[62]Fig.8 Structure of TCPP-PNIPAM molecule[62]

  

图9 典型AIE荧光分子的结构骨架[64]Fig.9 Structural skeleton of typical AIE fluorescent molecules[64]

  

图10 检测的AIE型荧光探针的分子结构[72,28,74]Fig.10 Structure of AIE fluorescent molecules for detection[72,28,74]

与PCSA不同,2016年Wen等[28]报道了一种在四苯基乙烯基上修饰噻唑识别基团的化合物TPE-T(图10),其适用的pH范围较宽(3.0~10.0)。化合物TPE-T在水/四氢呋喃(THF)溶液中随着水分增加具有明显的AIE效应,且在水/THF为95%时荧光强度最大。加入后,TPE-T和形成了2∶1的配合物,由于铀的重原子效应,配位化合物的荧光强度较TPE-T弱,在一定范围内荧光强度随浓度呈线性关系。而且,除Fe3+、Cu2+外,其他金属离子如碱金属、过渡金属、锕系和镧系金属离子等对荧光强度基本没有影响,已成功应用于河水中的检测。

高水平应用型大学培养人才的目标是具有一定的理论知识水平和较强的实践动手能力的高级专门人才。但从土木工程相关行业企业反馈的信息看,毕业生存在工程素质教育相对缺乏,实践动手能力较弱,团队协作能力不够等方面的问题。

近年来,单波长强度响应荧光探针体系的研究已使铀酰离子的荧光检测灵敏度有所提高,有些已被应用于环境水样的检测。但这些荧光探针仍存在一些问题,例如荧光强度容易受激发光强度、本底和偶然实验误差等影响,导致检测精确度降低[73]。为解决这一问题,研究者们还发展了具有自校准功能的比率荧光探针体系。

(2)由图3、4可知,第一道砼支撑在架设初期,由于承受基坑两侧的土压力,支撑轴力会迅速增大直至稳定,而在成功架设第二、三道钢支撑之后,由于钢支撑分担了一部分土压力,导致砼支撑轴力减小或增长趋势放缓。在第三道钢支撑拆除的过程中,两侧土体逐渐失去第三道支撑的支撑作用,土压力重新分配到第一、二道支撑,导致短时间内第一、二道支撑轴力骤然增大,待第三道钢支撑完全拆除之后,轴力变化趋于稳定。

如2017年,Chen等[74]报道了一种基于3-羟基黄酮和2-羟基苯甲醛腙的化合物HFSA(图10)的比率荧光探针。HFSA分子在水/乙醇(V/V=4∶1)的溶液中由于AIE效应发射强的534 nm荧光,加入后,HFSA和形成2∶1的配合物并出现新的457 nm发射峰,而534 nm的发射峰荧光强度几乎没有变化。通过分析两荧光强度比(I457/I534),可以对浓度进行定量检测,检测范围是0.5~20 μg/L,检测限为0.5 μg/L。此外,HFSA对具有良好的选择性,在其他金属离子(除Al3+外)浓度是浓度的100倍共存溶液中,仍然有良好的抗干扰性能。该工作已成功用于活细胞中检测和成像。

4 总结与展望

本文简述了近年来有机荧光探针在铀酰离子检测方面的应用进展,主要包括有机荧光染料、含氧酸等天然荧光/药物分子,利用席夫碱、卟啉、偕氨肟等官能团构筑的有机荧光分子和AIE型荧光分子等。经过多年的发展,用于铀酰离子检测的有机荧光探针无论是在种类的丰富度,还是检测限、选择性方面都取得了巨大的成就。但有机荧光探针对环境水样中铀酰离子的检测还存在某些方面的不足:1) 通常有机荧光分子在水溶液中的溶解性较差,由于ACQ效应导致其在实际环境样品中的应用受到限制;2) 环境样品中存在的多种其他金属离子会干扰选择性不佳的有机荧光分子对铀酰离子的检测;3) 单波长荧光强度响应铀酰离子浓度的荧光探针体系,容易受到检测条件波动的影响。针对这些问题,未来可能的几个发展方向为:1) AIE型有机荧光分子在水溶液中不存在ACQ效应,对环境水样中的铀酰离子检测具有更强的现实意义;另外,相比AIE型有机小分子,AIE型聚合物分子具有良好的成膜性和协同放大效应[29,75],从而更能满足铀酰检测多样化的应用需求;2) 在进行荧光探针分子结构设计的同时,深入研究识别基团与铀酰离子配位的作用机制,提高荧光探针的选择能力;3) 相比单波长荧光响应的探针体系,具有自校准功能的比率荧光探针或将成为高效荧光传感的发展方向。相信随着人们研究的深入,有机荧光材料将会在铀酰离子检测领域具有更广阔的前景。

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胡家宁,林娜,高博,付军,罗文华
《核化学与放射化学》2018年第06期文献

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