钌化合物用作荧光指示剂检测水体溶解氧

2016-05-16
研发部

  溶解氧(Dissolved Oxygen)是指溶解于水中分子状态的氧,即水中的O2,用DO表示。溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件。溶解氧大小能够反映出水体受到的污染,特别是有机物污染的程度,它是水体污染程度的重要指标,也是衡量水质的综合指标。

  荧光猝灭法的测定是基于氧分子对荧光物质的猝灭效应原理,根据试样溶液所发生的荧光的强度来测定试样溶液中荧光物质的含量。从80年代初起,人们已开始了探索应用于氧探头的荧光指示剂的工作。早期曾采用四烷基氨基乙烯为化学发光剂,但由于其在应用中对氧气的响应在12小时内逐渐衰减而很快被淘汰。

  后来过渡金属(Ru、Os、Re、Rh和Ir)的有机化合物以其特殊的性能受到关注,对光和热以及强酸强碱或有机溶剂等都非常稳定。一般选用金属钌铬合物作为荧光指示剂即分子探针。金属钌铬合物的荧光强度与氧分压存在逐一对应的关系,激发态寿命长,不耗氧,自身的化学成份很稳定,在水中基本不溶解。钌铬合物的基态至激发态的金属配体电荷转移(MLCT)过程中,激发态的性质与配体结构有密切关系,通常随着配体共轭体系的增大,荧光强度增强,荧光寿命增大,例如在荧光指示剂中把苯基插进到钌的配位空轨道上,从而增强络合物的刚性,在这样的刚性结构介质中,钌的荧光寿命延长,而氧分子与钌络合物分子之间的碰撞猝灭机率进步,从而可增强氧传感膜对氧的灵敏度。目前的研究中,钌化合物的配体一般局限于2,2'-联吡啶、1,10-邻菲洛啉及其衍生物。Brian在实验中比较了在不同pH值介质条件下制得的Ru(bpy)2+3与Ru(ph2phen)2+3两种不同涂料的传感器性能,结果显示在pH=7时Ru(ph2phen)2+3显示了更高的灵敏度。为延长敏感膜在水溶液中的工作寿命,较长时间保持其灵敏性,吕太平等合成Ru(Ⅱ)与4,7-二苯基-1,10-邻菲洛啉的亲脂性衍生物天生的新的荧光试剂配合物Ru(I)[4,7-双(4'-丙苯基)-1,10-邻菲洛啉]2(ClO4)2和Ru(Ⅱ)[4,7-双(4'-庚苯基)-1,10-邻菲洛啉]3(ClO4)2。Kerry等合成Ru(Ⅱ)[5-丙烯酰胺基-1,10-邻菲洛啉]3(ClO4)2。实验均发现随着配体碳链的增长,荧光试剂的憎水性增大,流失现象减少,可延长膜的使用寿命。Ignacy等研究还发现极化后的[Ru(dpp)3Cl2]氧传感膜对氧具有更高的灵敏度。吸附在硅胶60上的钌(Ⅱ)络合物在蓝光的激发下发出既强烈又稳定的粉红色荧光,该荧光可以有效地被分子氧淬灭。

    实验证实这种检测方法克服了碘量法和电流测定法的不足,具有很好的光化学稳定性、重现性,无延迟,精度高,寿命长,可对水中溶解氧进行实时在线监测。其丈量范围一般为0~20mg/L,精度一般≤1%,响应时间≤60s。

来源:内江洛伯尔材料科技有限公司