[发明专利]噻蒽衍生物、使用其制备的氧气传感薄膜器件及其应用

说明书

本发明涉及一类噻蒽衍生物、使用其制备的氧气传感薄膜器件及其应用。所述噻蒽衍生物具有下式I表示的结构。本发明的噻蒽衍生物材料具有制备与应用方便、检测灵敏、重复性好、成本低廉、环境友好等特点。

技术领域

本发明属于传感检测领域，具体涉及一类噻蒽衍生物、使用其制备的氧气传感薄膜器件及其在氧气浓度测定中的应用。

背景技术

室温磷光氧气传感材料在氧气的光学检测应用中具有非常重要的意义，其与荧光氧气传感材料相比具有寿命更长、斯托克斯位移更大等特点，因此可避免荧光和散射光的干扰，并实现激发光与发射光的有效光谱分离。由于三线态对氧气极其敏感，极易被氧气猝灭，因此磷光氧气传感材料相对于荧光氧气传感材料来说选择性和灵敏性更高。

近年来，已有许多基于室温磷光的光学氧气传感材料被陆续开发。由于室温磷光氧气传感材料具有检测结果直观、无损测试、操作方便等优势，使其在氧气浓度检测、活体生物成像以及食品包装氧气检测等方面都有较广泛应用，具有较高的潜在社会价值。

传统的室温磷光材料大多为无机材料或有机-无机杂化材料，如金属配合物材料等。近些年来，随着室温磷光理论的不断发展与完善，纯有机室温磷光材料特别是纯有机小分子室温磷光材料取得了长足进步，并且有机小分子具有易于设计、便于合成、分离和提纯简单、生物相容性好等优势，逐渐成为研究热点。

考虑到检测方法的简单性，最常见的应用磷光性质制作的光谱型氧气传感器的检测方法是磷光发射强度的直接测量，但是由于磷光发射强度具有激发光强度依赖性并且光路中光损耗较大，因此在实际应用中准确度较差。

鉴于此，研究人员已经提出了几种替代方案，例如将磷光发射强度测量替换为磷光寿命测量，这大大减小了测量误差，但是由于寿命测试方法实施困难且磷光材料自有荧光发射使寿命测试并不能完全避免荧光影响。

现阶段较为理想的方案为比率测量，即选用两种发光材料按照一定比例掺杂，其中一种材料的发射强度不受氧气浓度影响，其发射一般称为参比信号，而另一种材料的发射强度则对氧气浓度敏感，将两种发射强度作比即为分析信号。该方法优势在于可避免激发光强度波动的干扰和短寿命荧光干扰，测量结果较为准确，而缺点在于需要两组分甚至是多组分进行掺杂，在实际应用时制备过程复杂、重复性差，导致应用不便。

综上，光谱型氧气传感器特别是磷光型氧气传感器领域仍旧存在许多亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现阶段光谱型氧气传感器所存在的问题，发明人经研究发现一类噻蒽衍生物，其具有对氧气浓度十分敏感的三线态磷光发射以及不敏感的单线态荧光发射，从而在将此类噻蒽衍生物作为比率式氧气传感材料时，可以将其自有的荧光发射作为参比，根据双态发射的强度比即可精确确定混合气体中氧气的含量，无需添加内标，从而使用方法简单，由此克服了现有技术中使用两种发光材料导致的制备过程复杂、重复性差的缺陷。此外，此类噻蒽衍生物作为氧气传感材料还具有检测灵敏度高、制备方便、环境友好、成本低廉等优点。

一方面，本发明提供一类由下式I表示的噻蒽衍生物：

其中，

R₁选自H，噻蒽基，C6-C10芳基，被选自C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、羟基、氰基、醛基、羧基、C1-C6烷基羰基、C1-C6烷氧羰基中的一个或多个取代基取代的C6-C10芳基，R₃C(＝O)-，R₄O-，R₅S-，C1-C6烷基，氰基；

R₂选自噻蒽基，C6-C10芳基，被选自C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、羟基、氰基、醛基、羧基、C1-C6烷基羰基、C1-C6烷氧羰基中的一个或多个取代基取代的C6-C10芳基，R₃C(＝O)-，R₄O-，R₅S-，C1-C6烷基，氰基；