基本信息
- 项目名称：
- 荧光光度法检测铬离子
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 我们课题组合成了一种带吡啶基的TPE衍生物，这种荧光分子对三价金属离子有特殊响应，在含有包括Cr3+离子多种金属离子的混合溶液中加入荧光分子，即可通过溶液的荧光颜色和强度变化选择性地、快速地检测到Cr3+离子的存在，并通过工作曲线确定浓度高低。
- 详细介绍：
- 我们在学习中了解到Cr3+离子具有限制作物根的生长、影响农产品产量、抑制细胞分裂、对骨细胞合成产生损害甚至会有诱发基因突变和致癌的可能。目前实验室检测铬含量的方法多数用于检测总铬含量，单独检测三价铬的方法普遍操作繁复，应用范围较窄。 相比之下，荧光光度法更加直观，操作简便，而且同样具有灵敏度高、检测限低的优点。特别是近年来荧光技术发展迅速，在化学检测、生物检测、医疗诊断和传感器等领域得到广泛应用。但是目前国内外还没有用荧光技术检测Cr3+离子的方法。 目前我们实验室合成了一种带吡啶基的TPE衍生物，可以在不同酸度的水溶液中发射出不同颜色和亮度的荧光。相比于众多过渡金属和重金属如（Pb2+、Cd2+、Hg2+、Ag+），除Fe3+离子之外，Cr3+离子最容易水解造成pH值降低。因此，在含有包括Cr3+离子多种金属离子的混合溶液中加入荧光分子，即可通过溶液的荧光颜色和强度变化选择性地、快速地检测到Cr3+离子的存在；并通过工作曲线确定浓度高低，并且我们尝试将这种荧光物质分散到滤纸中，做成一种类似于pH试纸的可以方便检测水中铬离子的试纸，从而将这种方法发展成为一种简便易行的、高效率的检测技术。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 铬离子对环境和人体都有着巨大危害，目前检测方法普遍繁复，不够直观。我们课题组合成了一种带吡啶基的TPE衍生物，这种荧光分子对三价金属离子有特殊响应，在含有包括Cr3+离子多种金属离子的混合溶液中加入荧光分子，即可通过溶液的荧光颜色和强度变化选择性地、快速地检测到Cr3+离子的存在，并通过工作曲线确定浓度高低。
科学性、先进性及独特之处
- 1. 能够单一性的检测Cr3+离子而不是总铬； 2. 灵敏度高，铬离子达到20µmol/L时即可被检测出来。 3. 不受共存在的二价过渡金属离子和重金属离子如铅、汞、镉、银的干扰，具有专一性； 4. 做成试纸等形式，可以进行快速地检测，可供普通人在生活中直观检验，能够得到大范围的推广。
应用价值和现实意义
- 1.发展出一种用荧光光度法检测Cr3+离子的可行路线，方便大众检测； 2.该成果的取得在环境污染物的化学检测方面具有重要的现实意义； 3.为相关领域的研究奠定了基础。 4.为荧光检测技术提供了新思路。
学术论文摘要
- 荧光光度法具有操作简便、过程直观、易于现场检测等优点。本文系统地研究了带吡啶基的四苯基乙烯衍生物荧光分子对不同金属离子和混合离子的响应，证明其可以在多种金属离子中有选择性地检测三价金属离子，并且不受其他离子干扰。Cr3+离子对环境和人体都有着巨大的危害，因此特别针对Cr3+离子我们进行了进一步对照实验，发现当其离子浓度达到20µmol/L时就可被此荧光分子检测出来，观察到明显的荧光颜色和强度的变化，从而获得了一种全新的灵敏方便的检测Cr3+离子的方法。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 该项目提出的荧光检测方法具有操作简便、图像直观、易于现场应用的先进性。目前的研究结果已经表现出很好的可操作性和较高的灵敏度。因此，该项目的全面完成，将得到具有很高的科学价值和应用前景的新方法新技术。
参考文献
- [1] 孙景志. 用带吡啶官能团的四苯基乙烯衍生物在多种金属离子中无掩蔽检测M3+离子，全国第八届有机固体电子过程学术讨论会，西安，2010年6月． [2] Hong, Y.; Lam, J.W.Y.; Tang, B. Z. Aggregation-Induced Emission: Phenomenon, Mechanism and Applications. Chem. Commun. 2009, 4332. [3] Zucchero, A.J.; Wilson, J.N.; Bunz, U.H.F. Cruciforms as Functional Fluorophores: Response to Protons and Selected Metal Ions. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 11872. [4] Wilson, J.N.; Bunz, U.H.F. Switching of Intramolecular Charge Transfer in Cruciforms: Metal Ion Sensing. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 4124. [5] Ast, S.; Muller, H.; Flehr, R.; Klamroth, T.; Walz, B.; Holdt, H.-J. High Na+ and K+-induced fluorescence enhancement of a p-conjugated phenylaza-18-crown-6-triazol-substituted coumarin fluoroionophore. Chem. Commun., 2011, 47, 4685. [6] Zhou, X.; Jin,X.; Li, D.; Wu, X. Selective detection of zwitterionic arginine with a new Zn(II)-terpyridine complex: potential application in protein labeling and determination. Chem. Commun., 2011, 47, 3921.
同类课题研究水平概述
- 荧光分析法具有直观，操作简便，灵敏度高、检测限低的优点，已经在化学检测、生物检测和太阳能电池、LED等先进光电功能材料的评价等领域得到广泛应用。用于化学或生物检测的基本原理是如下：首先寻找一种荧光生色团，通过化学方法在生色团上连接能够与被检测物发生特殊相互作用的官能团，从而得到荧光试剂；然后，将适量的被检测物与合成的荧光试剂混合，因为而这之间的特殊相互作用引起荧光生色团的电子结构变化，所以荧光光谱（发光颜色、强度等）也发生变化；在此基础上，建立起荧光光谱变化与被检测物浓度变化之间的关系，得到工作曲线或者建立标准数据库；最后，利用工作曲线和数据库，对其它含未知浓度的待检测物的样品进行检测。 金属离子的检测一般是通过金属离子与特定的络合/螯合试剂实现的。带有络合/螯合基团的荧光分子与相应的金属离子发生作用后，能引起荧光光谱的变化，从而使金属离子得以检测。这种方法在许多过渡金属离子如Pb2+、Cd2+、Hg2+等的检测中有很多高水平的研究报道，显示了良好的应用前景。Cr3+离子具有若干生物功能，过量摄入限制作物根的生长、抑制细胞分裂、对骨细胞合成产生损害甚至有致癌的可能。但是，由于目前没有与Cr3+离子进行有效络合/螯合的试剂，因此用于重金属离子检测的荧光技术对Cr3+离子不适用。目前检测铬含量的传统方法主要有：紫外光谱法、电化学分析法、高锰酸钾氧化-二苯碳酰二肼光度法（总铬）、火焰原子吸收法（总铬）、硫酸亚铁铵容量法（总铬）等，紫外光谱法灵敏度较高，应用范围广，但过程不够直观；电化学分析法准确度高，测量范围宽，仪器设备较为简单，但选择性差；火焰原子吸收法准确度较高，但操作复杂，容易受到干扰；硫酸亚铁铵容量法选择性较强，但较为费时、过程繁杂，精度不够理想；高锰酸钾氧化-二苯碳酰二肼光度法为目前化验室最常用检测方法，但操作条件较为苛刻，显色物稳定性差。且在这些测量方法中，多用于检测总铬含量，单独检测三价铬的方法普遍操作较为繁复，应用范围较窄。 本作品的目标就是探索用荧光技术检测Cr3+离子的可行性，阐明其工作原理，建立一种新的检测方法。
