Luận án Thiết kế và tổng hợp môṭ số sensor huỳnh quang để xác định Hg(II)

i G84 NGUYEN ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HOC̣ PHAN TỨ QUÝ THIẾT KẾ VÀ TỔNG HỢP MÔṬ SỐ SENSOR HUỲNH QUANG ĐỂ XÁC ĐIṆH Hg(II) LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ HUẾ, NĂM 2017 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả Phan Tứ Quý ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HOC̣ PHAN TỨ QUÝ THIẾT KẾ VÀ TỔNG HỢP MÔṬ SỐ SENSOR HUỲNH QUANG ĐỂ XÁC ĐIṆH Hg(II) Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý Mã số: 62.44.01.19 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA LÝ THUYẾT VÀ HÓA LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. DƯƠNG TUẤN QUANG 2. TS. TRƯƠNG QUÝ TÙNG HUẾ, NĂM 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng công bố trong bất cứ một công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả Phan Tứ Quý ii LỜI CẢM ƠN Lòng biết ơn sâu sắc xin gửi đến PGS.TS. Dương Tuấn Quang và TS. Trương Quý Tùng, những người thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu. Cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế, Ban Giám đốc Đại học Huế, Ban Giám hiệu Trường Đại học Quy Nhơn, Lãnh đạo Trường Đại học Tây Nguyên, Ban Giám đốc Trung Tâm Kiểm nghiệm Thuốc - Mỹ phẩm - Thực phẩm Thừa Thiên Huế, Ban Chủ nghiệm Khoa Hóa học Trường Đại học Khoa Học - Đại học Huế, Khoa Hóa học Trường Đại học Sư phạm- Đại học Huế, Khoa Hóa Trường Đại học Quy Nhơn, Phòng Đào tạo Sau Đại học Trường Đại học Khoa hoc̣ - Đại học Huế đã hỗ trợ máy móc, thiết bị cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tôi tiến hành thực nghiệm. Cảm ơn Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Việt Nam (Vietnam National Foundation for Science and Technology Development, Nafosted) và Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc (National Research Foundation of Korea) đã hỗ trợ kinh phí thực hiện luận án, thông qua các đề tài, chương trình của PGS.TS. Dương Tuấn Quang và GS.TS. Jong Seung Kim. Cảm ơn GS.TS. Trần Thái Hòa, PGS.TS. Đinh Quang Khiếu, TS. Nguyễn Thị Ái Nhung, TS. Trần Xuân Mậu, Khoa Hóa học, Trường Đại học Khoa học - Đại học Huế; PGS.TS. Trần Dương, TS. Hoàng Văn Đức, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Huế; TS. Đặng Văn Khánh, Trung Tâm Kiểm nghiệm Thuốc - Mỹ phẩm - Thực phẩm Thừa Thiên Huế; PGS.TS. Nguyêñ Tiến Trung, ThS. Nguyêñ Duy Phi, Khoa Hóa, Trường Đại học Quy Nhơn đã đọc và góp ý để luận án được hoàn chỉnh. Xin cảm ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp, những người thân trong gia đình đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Xin trân trọng cảm ơn. Tác giả Phan Tứ Quý iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MUC̣ LUC̣ iii DANH MUC̣ CÁC KÝ HIÊỤ, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MUC̣ CÁC BẢNG viii DANH MUC̣ CÁC HÌNH x MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIÊỤ 4 1.1. Tổng quan nghiên cứu về sensor huỳnh quang 4 1.1.1. Tình hình nghiên cứu sensor huỳnh quang 4 1.1.2. Nguyên tắc hoaṭ đôṇg của sensor huỳnh quang 6 1.1.3. Cấu taọ của sensor huỳnh quang 7 1.1.4. Nguyên tắc thiết kế các sensor huỳnh quang 8 1.2. Nguồn ô nhiêm̃, đôc̣ tính, phương pháp phát hiêṇ Hg2+ 19 1.2.1. Nguồn ô nhiêm̃, đôc̣ tính của Hg2+ 19 1.2.2. Phương pháp phát hiêṇ Hg2+ 20 1.3. Sensor phát hiêṇ Hg2+ dưạ vào quá trình mở vòng spirolactam của dẫn xuất rhodamine 20 1.4. Sensor phát hiêṇ Hg2+ dưạ vào quá trình mở vòng spirolactam của dẫn xuất fluorescein 24 1.5. Tổng quan ứng duṇg hóa hoc̣ tính toán trong nghiên cứu các sensor huỳnh quang 26 1.5.1. Ứng duṇg hóa hoc̣ tính toán trong nghiên cứu cấu trúc và thuôc̣ tính electron của các chất 27 1.5.2. Ứng duṇg hóa hoc̣ tính toán trong nghiên cứu các phản ứng 28 CHƯƠNG 2. NÔỊ DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1. Muc̣ tiêu nghiên cứu 29 2.2. Nôị dung nghiên cứu 29 2.3. Phương pháp nghiên cứu 30 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu tính toán lý thuyết 30 2.3.2. Phương pháp nghiên cứu thưc̣ nghiêṃ 40 iv CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUÂṆ 43 3.1. Thiết kế, tổng hơp̣, đăc̣ trưng và ứng duṇg của chemodosimeter huỳnh quang RT phát hiêṇ choṇ loc̣ Hg2+ dưạ trên sư ̣đóng vòng spirolactam của dâñ xuất rhodamine 43 3.1.1. Nghiên cứu lý thuyết thiết kế, tổng hơp̣, đăc̣ trưng và ứng duṇg của chemodosimeter huỳnh quang RT 43 3.1.2. Nghiên cứu thưc̣ nghiêṃ tổng hơp̣, đăc̣ trưng và ứng duṇg của chemodosimeter RT 65 3.2. Thiết kế, tổng hơp̣, đăc̣ trưng và ứng duṇg của chemosensor huỳnh quang RS phát hiêṇ choṇ loc̣ Hg2+ dưạ trên sư ̣ đóng vòng spirolactam của dẫn xuất rhodamine 74 3.2.1. Nghiên cứu lý thuyết thiết kế, tổng hơp̣, đăc̣ trưng và ứng duṇg của chemosensor huỳnh quang RS 74 3.2.2. Nghiên cứu thưc̣ nghiêṃ tổng hơp̣, đăc̣ trưng và ứng duṇg của chemosensor huỳnh quang RS 83 3.3. Thiết kế, tổng hơp̣, đăc̣ trưng và ứng duṇg của chemodosimeter huỳnh quang FS phát hiêṇ choṇ loc̣ Hg2+ dưạ trên sư ̣đóng vòng spirolactam của dâñ xuất fluorescein 103 3.3.1. Nghiên cứu lý thuyết thiết kế, tổng hơp̣, đăc̣ trưng và ứng duṇg của chemodosimeter huỳnh quang FS 103 3.3.2. Nghiên cứu thưc̣ nghiêṃ tổng hơp̣, đăc̣ trưng và ứng duṇg của chemodosimeter FS 122 NHỮNG KẾT LUÂṆ CHÍNH CỦA LUÂṆ ÁN 130 ĐIṆH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 132 DANH MUC̣ CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN LUÂṆ ÁN 133 TÀI LIÊỤ THAM KHẢO 134 PHU ̣LUC̣ v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT a.u Atomic unit: đơn vị nguyên tử ρ(r) Mật độ electron 2ρ(r) Laplacian của mật độ electron Φ Hiệu suất lượng tử huỳnh quang AAS Atomic absorption spectroscopy: quang phổ hấp thụ nguyên tử AIM Atoms in molecules: nguyên tử trong phân tử AO Atomic orbital: obitan nguyên tử B3LYP Phương pháp phiếm hàm mật độ 3 thông số của Becke BCP Bond critical point: điểm tới hạn liên kết BD Obitan liên kết hai tâm BD* Obitan hóa trị phản liên kết BTC Benzyl thiocyanat CIC Expansion coefficients for the main orbital transitions: hệ số khai triển cho quá trình chuyển đổi obitan chính CR Obitan một lõi - một tâm DASA 4-diethylaminosalicylaldehyde Fluo Fluorescein Fluo-H Fluorescein-hydrazin FS Fluorescein hydrazid-benzylthiocyanat DFT Density functional theory: thuyết phiếm hàm mật độ DNSF Dansyl sunfonamide E(2) Năng lượng bền hóa 2 electron cho tương tác giữa phần tử cho và nhận ESIPT Excited-state intramolecular proton transfer: sự chuyển proton nội phân tử ở trạng thái kích thích f Oscillator strength: cường độ dao động FRET Forster resonance energy transfer: sự chuyển năng lượng cộng hưởng Forster vi HOMO Highest occupied molecular orbital: obitan phân tử bị chiếm cao nhất ICT Intramolecular charge transfer: sự chuyển điện tích nội phân tử LE Locally excited state: trạng thái kích thích cục bộ LMO Localized molecular orbital: obitan phân tử khu trú LOD Giới hạn phát hiện LOQ Giới hạn định lượng LP Lone pair: cặp electron riêng LP* Obitan hóa trị riêng, không bị chiếm LUMO Lowest unoccupied molecular orbital: obitan phân tử không bị chiếm thấp nhất MO Molecular orbital: obitan phân tử NAO Natural atomic orbital: obitan nguyên tử thích hợp NBO Natural bond orbital: obitan liên kết thích hợp NHO Natural hybrid orbital: obitan lai hóa thích hợp NPITC 4-nitrophenyl isothiocyanate nnc Nhóm nghiên cứu PET Photoinduced electron transfer: Sự dịch chuyển electron cảm ứng quang PITC Phenyl isothiocyanate Rev Độ thu hồi RCP Ring critical point: điểm tới hạn vòng Rhd Rhodamine 6G Rhd-E N-(rhodamine-6G)lactam-ethylenediamine RT N-(rhodamine-6G)lactam-ethylenediamine-4-nitrophenyl isothiocyanate RS N-(rhodamine-6G)lactam-ethylenediamine-4-aminosalicylaldehyde RSD Độ lệch chuẩn tương đối RSDH Độ lệch chuẩn tương đối tính theo theo hàm Horwitz RY* Obitan vỏ hóa trị thêm vào TD- DFT Time-dependent density functional theory: thuyết phiếm hàm mật độ phụ thuộc thời gian vii TICT Twisted intramolecular charge transfer: sự chuyển điện tích nội phân tử xoắn ZPE Zero point energies: năng lượng điểm không viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Các hóa chất chính sử dụng trong luận án 41 Bảng 3.1. Độ dài liên kết của Rhd theo thực nghiệm và tính toán 44 Bảng 3.2. Thông số hình học của Rhd ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ và B3LYP/6-311++G(d,p) 45 Bảng 3.3. Giá trị năng lượng của các cấu tử tham gia phản ứng tổng hơp RT ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ trong pha khí 50 Bảng 3.4. Loaị điểm tới haṇ và các điểm BCP và RCP trong Rhd-E và RT, RG tại B3LYP/LanL2DZ 51 Bảng 3.5. Các thông số hình học của RT tại B3LYP/LanL2DZ (đơn vị độ dài liên kết là angstrom (Å), đơn vị góc là độ ()) 53 Bảng 3.6. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến quá trình kích thích chính của RhD, NPITC, RT và RG tại B3LYP/LanL2DZ 58 Bảng 3.7. Năng lượng tương tác E(2) (kcal mol-1) giữa các obitan của phần tử cho (donor) và nhận (acceptor) trong RT và RG tại B3LYP/LanL2DZ 65 Bảng 3.8. Giá trị năng lượng của các cấu tử tham gia phản ứng tổng hơp RS ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ trong pha khí 76 Bảng 3.9. Loaị điểm tới haṇ và các điểm BCP và RCP trong RS tại B3LYP/LanL2DZ 77 Bảng 3.10. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến quá trình kích thích chính của RS tại B3LYP/LanL2DZ 81 Bảng 3.11. Năng lượng tương tác E(2) (kcal mol-1) giữa các obitan của phần tử cho (donor) và nhận (acceptor) trong RT tại B3LYP/LanL2DZ 83 Bảng 3.12. Giá trị năng lượng của các cấu tử tham gia phản ứng tổng hơp RS ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ trong pha khí 92 Bảng 3.13. Loaị điểm tới haṇ và các điểm BCP và RCP trong R4 tại B3LYP/LanL2DZ 93 ix Bảng 3.14. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến quá trình kích thích chính của R4 tại B3LYP/LanL2DZ 94 Bảng 3.15. Năng lươṇg tương tác E(2)(kcal mol-1) giữa các obitan của phần tử cho (donor) và nhâṇ (aceptor) trong R4 taị B3LYP/LanL2DZ 98 Bảng 3.16. Giá trị năng lượng của các cấu tử tham gia phản ứng taọ phức RS- Hg2+ ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ trong pha khí (Đơn vị: Hartree) 100 Bảng 3.17. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến quá trình kích thích chính của RS-Cd và RS-Zn tại B3LYP/LanL2DZ 102 Bảng 3.18. Thông số hình học của Fluo ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ và B3LYP/6-311++G(d,p) 105 Bảng 3.19. Giá trị năng lượng của các cấu tử tham gia phản ứng tổng hơp FS ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ trong pha khí 109 Bảng 3.20. Loaị điểm tới haṇ và các điểm BCP và RCP trong Flu-H và FS, FG tại B3LYP/LanL2DZ 111 Bảng 3.21. Các thông số hình học của FS tại B3LYP/LanL2DZ (đơn vị độ dài liên kết là angstrom (Å), đơn vị góc là độ ()) 112 Bảng 3.22. Năng lượng kích thích, cường độ dao động và các MO có liên quan đến quá trình kích thích chính của RhD, NPITC, FT và FG tại B3LYP/LanL2DZ 118 Bảng 3.23. Năng lượng tương tác E(2) (kcal mol-1) giữa các obitan của phần tử cho (donor) và nhận (acceptor) trong FS và FG tại B3LYP/LanL2DZ 122 x DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Các công trình công bố và trích dâñ hàng năm về sensor huỳnh quang 5 Hình 1.2. Nguyên lý hoạt động của chemosensor (a, b) và chemodosimeter (c,d) 6 Hình 1.3. Cấu tạo của một sensor huỳnh quang 7 Hình 1.4. Sensor huỳnh quang kiểu “fluorophore-spacer-receptor” 8 Hình 1.5. Sensor huỳnh quang dựa trên sự thay đổi mức độ liên hợp hệ thống electron π từ phản ứng mở vòng spirolactam của rhodamine 10 Hình 1.6. Sensor huỳnh quang dựa trên sự thay đổi mức độ liên hợp hệ thống electron π từ phản ứng desufation và taọ hợp chất dị vòng 10 Hình 1.7. Sensor huỳnh quang dựa trên thay đổi mức độ liên hợp hệ thống electron π từ phản ứng chuyển đổi nhóm thiocarbonyl thành nhóm carbonyl 11 Hình 1.8. Sensor huỳnh quang dựa trên thay đổi tác động của các nhóm rút electron 11 Hình 1.9. Sơ đồ năng lượng orbital phân tử trong quá trình PET 12 Hình 1.10. Cơ chế PET của sensor huỳnh quang kiểu ON-OFF 13 Hình 1.11. Sensor huỳnh quang phát hiện Al3+ dựa trên cơ chế PET 13 Hình 1.12. Sơ đồ minh họa quá trình FRET liên quan phát huỳnh quang giữa chất cho và chất nhận 14 Hình 1.13. Sơ đồ minh họa sự thay đổi phổ huỳnh quang của chất cho và chất nhận trong quá trình FRET 15 Hình 1.14. Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của một cặp cho - nhận lý tưởng 15 Hình 1.15. Sensor huỳnh quang phát hiện Hg(II) dựa trên cơ chế FRET 16 Hình 1.16. Sensor huỳnh quang phát hiện Hg(II), Cr(III) dựa trên cơ chế FRET 16 Hình 1.17. Sensor huỳnh quang dựa trên cơ chế ICT 17 Hình 1.18. Dịch chuyển phổ của sensor dựa trên ICT từ kết quả sự tương tác của cation với nhóm cho (a) hoặc nhâṇ electron (b) 17 Hình 1.19. Sensor huỳnh quang dựa trên cơ chế ICT 17 Hình 1.20. Quá trình chuyển dịch từ trạng thái LE sang trạng thái TICT 18 Hình 1.21. Cơ chế tiêu biểu của quá trình ESIPT 19 xi Hình 3.1. Cấu trúc hình học bền của Rhd ở B3LYP/6-311++G(d,p) 44 Hình 3.2. Sơ đồ thiết kế và tổng hợp chemodosimeter RT 48 Hình 3.3. Hình học bền của Rhd, ethylenediamine, Rhd-E, NIPTC, RT tại B3LYP/LanL2DZ 49 Hình 3.4. Hình học topo các điểm tới hạn liên kết trong Rhd-E(a), RT(b), RG(c) 52 Hình 3.5. Phổ UV-Vis của Rhd(a) và RT(b) và RG(c) trong pha khí tại B3LYP/LanL2DZ 56 Hình 3.6. Sự phân bố electron HOMO và LUMO của Rhd, RT và RG 57 Hình 3.7. Các MO biên của NPITC 57 Hình 3.8. Các MO biên của Rhd 59 Hình 3.9. Các MO biên của RT 60 Hình 3.10. Các MO biên của RG 61 Hình 3.11. Giản đồ năng lượng các MO biên của fluorophore tự do, receptor tự do và RT 62 Hình 3.12. Giản đồ năng lượng các MO biên của fluorophore tự do, receptor tự do và RG 63 Hình 3.13. Sơ đồ các phản ứng tổng hợp RT 66 Hình 3.14. Phổ chuẩn độ UV-Vis và huỳnh quang của RT với Hg2+ 67 Hình 3.15. Đồ thị xác định quan hệ tỷ lượng phản ứng giữa Hg2+ với RT 68 Hình 3.16. Phổ UV-Vis và phổ huỳnh quang RT trong sự hiện diện các ion kim loại 69 Hình 3.17. Đồ thị khảo sát thời gian phản ứng giữa RT với Hg2+ 70 Hình 3.18. Cường độ huỳnh quang RT theo nồng độ Hg2+ 71 Hình 3.19. Đồ thị xác định LOD và LOQ Hg2+ bằng chemodosimeter RT 71 Hình 3.20. Cường độ huỳnh quang của RT (10 µM ) và RT+Hg2+ (30 µM) trong dung dịch C2H5OH/H2O (1/9, v/v) tại pH khác nhau 72 Hình 3.21. Sơ đồ thiết kế và tổng hợp chemodosimeter RS 74 Hình 3.22. Hình học bền của DASA, RS, RS+Hg2+ tại B3LYP/LanL2DZ 75 Hình 3.23. Hình học topo các điểm tới hạn liên kết trong RS , RS+Hg2+ 77 Hình 3.24. Phổ UV-Vis của RS(a) và RS+Hg2+(b) trong pha khí tại B3LYP/LanL2DZ 78 xii Hình 3.25. Sự phân bố electron HOMO và LUMO của Rhd và RS 79 Hình 3.26. Các MO biên của DASA 79 Hình 3.27. Các MO biên của RS 80 Hình 3.28. Giản đồ năng lượng các MO biên của fluorophore tự do, receptor tự do và chemosensor RS 82 Hình 3.29. Sơ đồ các phản ứng tổng hợp RS 84 Hình 3.30. (a) Phổ chuẩn độ UV-Vis và (b) huỳnh quang của RS(5 µM) trong C2H5OH/H2O (1/4, v/v), pH ~7 khi thêm một số ion kim loại khác 85 Hình 3.31. (a) Phổ chuẩn độ UV-Vis và (b) huỳnh quang của RS(5 µM) trong C2H5OH/H2O (1/4, v/v), pH ~7 86 Hình 3.32. Đồ thị xác định quan hệ tỷ lượng phản ứng giữa Hg2+ với RS trong C2H5OH/H2O (1/4, v/v) ở pH ~7 87 Hình 3.33. Cường độ huỳnh quang RS theo nồng độ Hg2+ 88 Hình 3.34. Đồ thị xác định LOD và LOQ Hg2+ bằng chemodosimeter RS 88 Hình 3.35. Cường độ huỳnh quang của RS (5 µM ) và RS+Hg2+ (25 µM) trong dung dịch C2H5OH/H2O (1/4, v/v) tại pH khác nhau 89 Hình 3.36. Hình học bền của RS-Hg2+ với số phố trí 2, 3, 4 tại B3LYP/LanL2DZ 90 Hình 3.37. Hình học topo các điểm tới hạn liên kết trong R4 93 Hình 3.38. Các MO biên của R4 95 Hình 3.39. Giản đồ năng lượng các MO biên của fluorophore tự do, receptor tự do và R4 96 Hình 3.40. Cấu trúc hình hoc̣ bền của R4 taị B3LYP/LanL2DZ 97 Hình 3.41. Cấu trúc hình hoc̣ bền của phức RS-Zn, RS-Cd taị B3LYP/LanL2DZ 97 Hình 3.42. Hình học topo các điểm tới hạn liên kết trong RS-Cd, RS-Zn 100 Hình 3.43. Hình học bền của Fluo ở mức lý thuyết B3LYP/LanL2DZ 104 Hình 3.44. Sơ đồ thiết kế và tổng hợp chemodosimeter FS 107 Hình 3.45. Hình học bền của hydrazin, Fluo-H, BTC, FS tại B3LYP/LanL2DZ 108 Hình 3.46. Hình học topo các điểm tới hạn liên kết trong Fluo-H, FS, FG 110 xiii Hình 3.47. Phổ UV-Vis của Fluo (a), FS (b) và FG (b) trong pha khí tại B3LYP/LanL2DZ 113 Hình 3.48. Các MO biên của BTC 114 Hình 3.49. Các MO biên của Fluo 115 Hình 3.50. Các MO biên của FS 116 Hình 3.51. Các MO biên của FG 117 Hình 3.52. Giản đồ năng lượng các MO biên của fluorophore tự do, receptor tự do và chemodosimeter FS 119 Hình 3.53. Giản đồ năng lượng các MO biên của fluorophore tự do, receptor tự do và FG 120 Hình 3.54. Sơ đồ các phản ứng tổng hợp FS 123 Hình 3.55. Phổ huỳnh quang của FS với Hg2+: FS (1,0 µM) trong CH3CN-H2O (50/50, v/v), pH ~7 (đệm Hepes), Hg2+ (0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 µM), bước sóng kích thích 509 nm 124 Hình 3.56. Đồ thị xác định quan hệ tỷ lượng phản ứng giữa Hg2+ với FS 125 Hình 3.57. Cường độ huỳnh quang của FS (1,0 μmol/L) khi thêm các ion kim loại khác nhau với nồng độ 1,0 μmol/L. 126 Hình 3.58. Đồ thị khảo sát thời gian phản ứng giữa FS với Hg2+ 127 Hình 3.59. Cường độ huỳnh quang FS theo nồng độ Hg2+ 128 Hình 3.60. Đồ thị xác định LOD và LOQ Hg2+ bằng chemodosimeter FS 128 Hình 3.61. Cường độ huỳnh quang của FS (10 µM ) và FS+Hg2+ (30 µM) trong dung dịch C2H5OH/H2O (1/9, v/v) tại pH khác nhau 129 1 MỞ ĐẦU Ô nhiêm̃ kim loại nặng là mối quan tâm lớn, không chỉ của cộng đồng khoa học, đặc biệt là các nhà hóa học, sinh học, và bảo vệ môi trường, mà của cả cộng đồng dân cư nói chung. Trong số đó, thủy ngân là một trong các chất ô nhiễm nguy hiểm và phổ biến, phát thải thông qua các hoạt động tự nhiên hoặc các hoạt động của con người. Một số vi sinh vật sản sinh ra metyl thủy ngân - một chất độc thần kinh mạnh, từ các dạng tồn tại khác của thủy ngân, gây ra những vấn đề sức khỏe nghiêm trọng bằng cách phá hoại hệ thống thần kinh trung ương và tuyến nội tiết, dẫn đến sự rối loạn về nhận thức và vận động. Nhiều con đường lây lan thủy ngân thông qua không khí, nước, thực phẩm đem lại mối quan ngại lớn bởi vì nó tồn tại trong môi trường, và sau đó tích lũy chất độc trong cơ thể thông qua chuỗi thức ăn. Vì vậy, phân tích hàm lượng thủy ngân trong các nguồn nước là vấn đề quan tâm hàng đầu của các nhà khoa học. Một số phương pháp như quang phổ hấp thụ nguyên tử, quang phổ phát xạ nguyên tử plasma ghép nối cảm ứng, cảm biến điện hóa có thể phát hiện ion Hg2+ ở giới hạn thấp. Tuy nhiên, các phương pháp này đòi hỏi thiết bị đắt tiền và những thao tác mất nhiều thời gian. Trong khi đó, phương pháp huỳnh quang cho phép thực hiện phép phân tích tương đối dễ dàng, ít tốn kém và rất nhạy. Ngoài ra, các tính chất quang lý của fluorophore có thể dễ dàng được điều chỉnh bằng nhiều cách như chuyển điện tích, chuyển electron, chuyển năng lượng Do đó, các sensor huỳnh quang đã và đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Chae và Czarnik lần đầu tiên đưa ra khái niệm chemodosimeter và chemosensor; năm 1992 ông và nhóm nghiên cứu đã báo cáo chemod