碱性染料-硅藻土复合粉末制备及用于手印显现的综合化学实验
发布时间：2021-03-02 16:59
基于物理吸附原理,采用硅藻土和碱性染料（亚甲基蓝、藏红T）制备新型手印显现粉末。利用扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱表征硅藻土的形貌与结构,通过紫外可见吸收光谱测试硅藻土对碱性染料的吸附性能,使用制得的复合粉末显现出不同客体表面的手印。该综合化学实验涉及多个领域,包括分析化学的数据处理和仪器使用、物理化学的表面吸附机理、法庭科学的手印显现与提取,有利于拓展学生的科学视野,提升学生的科学素养。
【文章来源】：化学教育(中英文). 2019,40(06)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图２硅藻土微粒的扫描电子显微镜照片Ｆｉｇ．２ＳＥＭｉｍａｇｅｏｆａｄｉａｔｏｍｉｔｅｐａｒｔｉｃｌｅ
相机的微距模式拍照固定。３结果与讨论３．１硅藻土的表面形貌与结构硅藻土微粒的扫描电子显微镜照片见图２，可以看出单个硅藻土微粒呈圆盘状，直径约为３０μｍ，这种形貌有利于提高微粒与手印物质的结合力，增强手印显现效果。此外，硅藻土微粒表面存在大量的孔状结构，能够增大比表面积，提升硅藻土对碱性染料的吸附能力。Ｆｉｇ．２ＳＥＭｉｍａｇｅｏｆａｄｉａｔｏｍｉｔｅｐａｒｔｉｃｌｅ图２硅藻土微粒的扫描电子显微镜照片硅藻土粉末的傅里叶变换红外光谱如图３所示，３４６０ｃｍ－１处的吸收峰对应Ｏ—Ｈ的不对称伸缩振动，１６５０ｃｍ－１处的吸收峰对应Ｈ—Ｏ—Ｈ的弯曲振动，１０９０、７９５、４７５ｃｍ－１处的３个吸收峰分别对应Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ的不对称伸缩振动、对称伸缩振动和弯曲振动。红外光谱测试结果表明，预处理后的硅藻土中存在硅氧键、羟基以及吸附水。Ｆｉｇ．３ＦＴＩＲｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｄｉａｔｏｍｉｔｅｐｏｗｄｅｒ图３硅藻土粉末的傅里叶变换红外光谱根据红外光谱，硅藻土表面官能团在水溶液中可能存在的形式见图４。呈电中性的官能团包括（ｉ）和（ｉｉ），带负电荷的官能团为（ｉｉｉ），带正电荷的官能团包括（ｉｖ）和（ｖ）。在中性至弱碱性水溶液中，硅藻土表面官能团主要以（ｉ）、（ｉｉ）和（ｉｉｉ）形式存在，其中，（ｉ）为硅羟基，具有较强极性和亲水性，能与碱性染料中的Ｎ原子产生氢键作用；（ｉｉｉ）为硅羟基解离出Ｈ＋后带负电荷的状态，能与碱性
Ｆｉｇ．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｇｒｏｕｐｓｉｎｄｉａｔｏｍｉｔｅ图４硅藻土表面官能团示意图３．２硅藻土对碱性染料的吸附性能Ｆｉｇ．５ＵＶ－Ｖｉｓａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒａ（ａ）ａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｃｕｒｖｅ（ｂ）ｏｆｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓ；ＵＶ－Ｖｉｓａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒａ（ｃ）ａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｃｕｒｖｅ（ｄ）ｏｆｓａｆｒａｎｉｎｅＴｓｏｌｕｔｉｏｎｓ图５亚甲基蓝溶液的紫外可见吸收光谱（ａ）和标准曲线（ｂ）；藏红Ｔ溶液的紫外可见吸收光谱（ｃ）和标准曲线（ｄ）亚甲基蓝标准溶液和硅藻土吸附后亚甲基蓝溶液（ｃ初始＝２．５ｍｇ／Ｌ，ｗ＝１ｇ／Ｌ）的紫外可见吸收光谱见图５（ａ），溶液最大吸收波长为６６４ｎｍ。以各标准溶液在６６４ｎｍ处的吸光度值为纵坐标、标准溶液的浓度为横坐标绘制标准曲线，如图５（ｂ）所示，拟合直线方程Ａ＝０．２２４３ｃ＋０．０００９，线性相关系数ｒ２＝０．９９９０，即当亚甲基蓝溶液浓度在０．５～２．５ｍｇ／Ｌ范围内时，溶液浓度与吸光度之间有良好的线性关系，可作为定量依据。将硅藻土吸附后亚甲基蓝溶液在６６４ｎｍ处的吸光度值代入拟合直线方程，得到该溶液浓度ｃ平衡＝２．０５ｍｇ／Ｌ，计算得出硅藻土对亚甲基蓝的吸附量Ｑ亚甲基蓝＝０．４５ｍｇ／ｇ。同理，图５（ｃ）为藏红Ｔ溶液的紫外可见吸收光谱，溶液最大吸收波长为５５４ｎｍ，绘制的藏红Ｔ溶液标准曲线见５（ｄ），
【参考文献】：
期刊论文
[1]高校研究型教学模式的几点探讨[J]. 刘文明. 当代教育实践与教学研究. 2016(08)
[2]硅质壳及硅藻土对亚甲基蓝吸附性能比较[J]. 王丰喜,倪佩军,刘张敏,邓湘云. 环境工程学报. 2016(04)
[3]硅藻土的特点及其应用进展[J]. 金洋,王春贺,黄帮蕊,宋岐,金向群. 硅酸盐通报. 2016(03)
[4]纳米荧光粉Zn2SiO4:Mn2+,Er（3+）显现潜在手印研究[J]. 熊晓波,袁曦明,宋江齐,王永钱,李柳. 化工新型材料. 2015(10)
[5]“502”胶显现潜在手印增强处理方法研究进展[J]. 韩国强,罗亚平. 化学试剂. 2015(07)
[6]YVO4∶Eu纳米荧光材料的合成及其在手印显现中的应用[J]. 王猛. 光谱学与光谱分析. 2015(06)
[7]指纹检测及其实验条件探讨[J]. 李云. 化学教育. 2014(23)
[8]量子点在法庭科学手印显现中的研究进展[J]. 毛乃赜,罗亚平. 化学研究与应用. 2014(11)
[9]双亲性二氧化硅纳米粒子的合成及应用[J]. 王鸿飞,李孝君,刘寰,常柏年,孙树清. 材料导报. 2011(S2)
[10]研究型教学模式与传统教学模式的比较[J]. 籍建东. 职教论坛. 2011(05)
本文编号：3059611
【文章来源】：化学教育(中英文). 2019,40(06)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图２硅藻土微粒的扫描电子显微镜照片Ｆｉｇ．２ＳＥＭｉｍａｇｅｏｆａｄｉａｔｏｍｉｔｅｐａｒｔｉｃｌｅ
相机的微距模式拍照固定。３结果与讨论３．１硅藻土的表面形貌与结构硅藻土微粒的扫描电子显微镜照片见图２，可以看出单个硅藻土微粒呈圆盘状，直径约为３０μｍ，这种形貌有利于提高微粒与手印物质的结合力，增强手印显现效果。此外，硅藻土微粒表面存在大量的孔状结构，能够增大比表面积，提升硅藻土对碱性染料的吸附能力。Ｆｉｇ．２ＳＥＭｉｍａｇｅｏｆａｄｉａｔｏｍｉｔｅｐａｒｔｉｃｌｅ图２硅藻土微粒的扫描电子显微镜照片硅藻土粉末的傅里叶变换红外光谱如图３所示，３４６０ｃｍ－１处的吸收峰对应Ｏ—Ｈ的不对称伸缩振动，１６５０ｃｍ－１处的吸收峰对应Ｈ—Ｏ—Ｈ的弯曲振动，１０９０、７９５、４７５ｃｍ－１处的３个吸收峰分别对应Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ的不对称伸缩振动、对称伸缩振动和弯曲振动。红外光谱测试结果表明，预处理后的硅藻土中存在硅氧键、羟基以及吸附水。Ｆｉｇ．３ＦＴＩＲｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｄｉａｔｏｍｉｔｅｐｏｗｄｅｒ图３硅藻土粉末的傅里叶变换红外光谱根据红外光谱，硅藻土表面官能团在水溶液中可能存在的形式见图４。呈电中性的官能团包括（ｉ）和（ｉｉ），带负电荷的官能团为（ｉｉｉ），带正电荷的官能团包括（ｉｖ）和（ｖ）。在中性至弱碱性水溶液中，硅藻土表面官能团主要以（ｉ）、（ｉｉ）和（ｉｉｉ）形式存在，其中，（ｉ）为硅羟基，具有较强极性和亲水性，能与碱性染料中的Ｎ原子产生氢键作用；（ｉｉｉ）为硅羟基解离出Ｈ＋后带负电荷的状态，能与碱性
Ｆｉｇ．４Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｓｕｒｆａｃｅｇｒｏｕｐｓｉｎｄｉａｔｏｍｉｔｅ图４硅藻土表面官能团示意图３．２硅藻土对碱性染料的吸附性能Ｆｉｇ．５ＵＶ－Ｖｉｓａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒａ（ａ）ａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｃｕｒｖｅ（ｂ）ｏｆｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓ；ＵＶ－Ｖｉｓａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒａ（ｃ）ａｎｄｓｔａｎｄａｒｄｃｕｒｖｅ（ｄ）ｏｆｓａｆｒａｎｉｎｅＴｓｏｌｕｔｉｏｎｓ图５亚甲基蓝溶液的紫外可见吸收光谱（ａ）和标准曲线（ｂ）；藏红Ｔ溶液的紫外可见吸收光谱（ｃ）和标准曲线（ｄ）亚甲基蓝标准溶液和硅藻土吸附后亚甲基蓝溶液（ｃ初始＝２．５ｍｇ／Ｌ，ｗ＝１ｇ／Ｌ）的紫外可见吸收光谱见图５（ａ），溶液最大吸收波长为６６４ｎｍ。以各标准溶液在６６４ｎｍ处的吸光度值为纵坐标、标准溶液的浓度为横坐标绘制标准曲线，如图５（ｂ）所示，拟合直线方程Ａ＝０．２２４３ｃ＋０．０００９，线性相关系数ｒ２＝０．９９９０，即当亚甲基蓝溶液浓度在０．５～２．５ｍｇ／Ｌ范围内时，溶液浓度与吸光度之间有良好的线性关系，可作为定量依据。将硅藻土吸附后亚甲基蓝溶液在６６４ｎｍ处的吸光度值代入拟合直线方程，得到该溶液浓度ｃ平衡＝２．０５ｍｇ／Ｌ，计算得出硅藻土对亚甲基蓝的吸附量Ｑ亚甲基蓝＝０．４５ｍｇ／ｇ。同理，图５（ｃ）为藏红Ｔ溶液的紫外可见吸收光谱，溶液最大吸收波长为５５４ｎｍ，绘制的藏红Ｔ溶液标准曲线见５（ｄ），
【参考文献】：
期刊论文
[1]高校研究型教学模式的几点探讨[J]. 刘文明. 当代教育实践与教学研究. 2016(08)
[2]硅质壳及硅藻土对亚甲基蓝吸附性能比较[J]. 王丰喜,倪佩军,刘张敏,邓湘云. 环境工程学报. 2016(04)
[3]硅藻土的特点及其应用进展[J]. 金洋,王春贺,黄帮蕊,宋岐,金向群. 硅酸盐通报. 2016(03)
[4]纳米荧光粉Zn2SiO4:Mn2+,Er（3+）显现潜在手印研究[J]. 熊晓波,袁曦明,宋江齐,王永钱,李柳. 化工新型材料. 2015(10)
[5]“502”胶显现潜在手印增强处理方法研究进展[J]. 韩国强,罗亚平. 化学试剂. 2015(07)
[6]YVO4∶Eu纳米荧光材料的合成及其在手印显现中的应用[J]. 王猛. 光谱学与光谱分析. 2015(06)
[7]指纹检测及其实验条件探讨[J]. 李云. 化学教育. 2014(23)
[8]量子点在法庭科学手印显现中的研究进展[J]. 毛乃赜,罗亚平. 化学研究与应用. 2014(11)
[9]双亲性二氧化硅纳米粒子的合成及应用[J]. 王鸿飞,李孝君,刘寰,常柏年,孙树清. 材料导报. 2011(S2)
[10]研究型教学模式与传统教学模式的比较[J]. 籍建东. 职教论坛. 2011(05)
本文编号：3059611
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