钆掺杂血卟啉单甲醚室温磷光及氧传感性能研究

《钆掺杂血卟啉单甲醚室温磷光及氧传感性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博士学位论文钆掺杂血卟啉单甲醚室温磷光及氧传感性能研究STUDYONROOMTEMPERATUREPHOSPHORESCENCEPROPERTIESANDOXYGENSENSINGPERFORMANCEOFGADOLINIUMHEMATOPORPHYRINMONOMETHYLETHER赵慧敏哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：O433学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学博士学位论文钆掺杂血卟啉单甲醚室温磷光及氧传感性能研究博士研究生：赵慧敏导师：张治国教授申请学位：理学博士学科：物理学所在单位：理学院答辩日期：2016年6

2、月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O433U.D.C:535DissertationfortheDoctoralDegreeinScienceSTUDYONROOMTEMPERATUREPHOSPHORESCENCEPROPERTIESANDOXYGENSENSINGPERFORMANCEOFGADOLINIUMHEMATOPORPHYRINMONOMETHYLETHERCandidate：HuiminZhaoSupervisor：Prof.ZhangZhiguoAcademicDegreeAppliedfor：Docto

3、rofScienceSpeciality：PhysicsAffiliation：SchoolofScienceDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要氧是地壳中含量最多的元素，氧气的检测在很多领域至关重要。卟啉是自然界中广泛存在并具有多功能的大分子化合物，其三重态量子产率很高，然而，由于禁戒，没有磷光发射。当金属离子与卟啉螯合成金属卟啉时，有些会产生室温磷光发射（RoomTemperaturePhosphorescence，

4、RTP）。由于磷光可以有效地被氧猝灭，因此室温磷光被广泛地用于氧测量的研究。本文主要研究钆血卟啉单甲醚的合成、室温磷光性质、产生机制以及钆血卟啉单甲醚室温磷光在氧测量领域的应用。开展了稀土金属卟啉的合成与光谱性质研究。首先以咪唑为溶剂，采用热溶剂法合成了钐、铕、钆和镱离子与血卟啉单甲醚的螯合物；采用多种表征手段证明了稀土血卟啉单甲醚螯合物的成功合成；研究了这些稀土离子与血卟啉单甲醚螯合物的发光性质，发现在不同稀土离子与血卟啉单甲醚（HMME）螯合形成的金属卟啉中，只有钆血卟啉单甲醚（Gd-HMME）具有较强的RTP发射，并为时间分辨光谱所证实。分析表

5、明，猝灭效应是钐、铕和镱等稀土金属卟啉没有室温磷光发射的原因。开展了Gd-HMME光物理性质及Gd-HMME磷光的产生机制的研究。测定5-1-1了其光物理参量，Gd-HMME的摩尔消光系数为2.53×10Mcm，荧光量子产-4率为5×10，三重态量子产率为80(5)%，磷光量子产率为1.4%；给出了Gd-HMME各能量传递过程的百分比。提出了Gd-HMME具有强RTP发射的机制是单重态和三重态之间的态混合。观察到了从基态（S0）到最低三重激发态（T1）的直接吸收，它证实了态混合的存在；态混合使单重态和三重态之间自3+旋禁阻的跃迁被部分打破；另外，由于

6、Gd离子激发态能级和基态能级之间的-1能量差很大，最低能量差约为32000cm，这避免了猝灭效应的发生。研究了氧对基于固体基质的Gd-HMME室温磷光的影响规律。研究表明，Gd-HMME的室温磷光会有效地被氧猝灭，在整个氧浓度范围内Stern-Volmer曲线是非线性的；寿命Stern-Volmer曲线与强度Stern-Volmer曲线具有类似的变化趋势。但是，强度Stern-Volmer曲线的响应大于寿命Stern-Volmer曲线的响应，这表明了静态猝灭的存在。数据分析表明静态猝灭速率常数是不变的，在整个氧浓度范围内静态猝灭占的百分比为35%±3

7、%；Stern-Volmer曲线的非线性响应可以很好的用氧的非线性溶解模型拟合，这表明非线性响应跟氧在固体基质中的非线性溶解相关。I哈尔滨工业大学理学博士学位论文设计了基于Gd-HMME室温磷光的不同类型氧传感器。制作了利用直接强度法进行氧测量的氧传感器，由于Gd-HMME的氧猝灭曲线在10kPa到100kPa的氧浓度范围内近似是线性的。虽然强度型磷光氧传感系统具有响应时间和回复时间短（t↓,0.4±0.2s;t↑,1.4±0.2s）、光稳定性高等优点，然而存在易受激发光强度及测量环境不稳定干扰等问题，为克服氧传感系统的不稳定性，制作了比值型氧传感器

8、。测定了比值型氧传感器的技术指标为：氧浓度测量结果的波动小于0.1kPa；系统的最低检测限为0.01kPa；