光子晶体薄膜荧光传感器高效检测有机气体

发布时间：2018-01-28 23:03

本文关键词： 光子晶体慢光子效应有机气体荧光传感　出处：《延安大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：挥发性有机化合物(VOCs)可经呼吸道、皮肤、消化道等途径进入人体,对皮肤黏膜、呼吸道粘膜、眼结膜等有强烈的刺激作用,会对人体多个器官造成损伤,具有致畸致癌的作用,严重影响人体健康。因此,开发高效、快速、实时检测易挥发有机污染物的传感器对于人类健康和环境保护具有重要意义。本论文在反蛋白石光子晶体里填充或修饰功能分子,制备得到有机气体敏感的光子晶体薄膜荧光传感器。利用功能分子与被检测物之间的相互专一作用,实现检测的高选择性;光子晶体慢光子效应增强荧光的性质,提高荧光检测的灵敏度;利用反蛋白石光子晶体的三维大孔结构有利于气体的扩散及在孔壁的吸附,提高检测速度,最终实现对有机气体的高灵敏、高选择性快速检测。具体内容如下:1.通过牺牲模板法制备了SiO_2反蛋白石光子晶体,在其孔隙中填充四苯基乙烯聚合物(TPEP),制得四氢呋喃蒸气敏感的光子晶体薄膜荧光传感器。所制传感器在464 nm处发射荧光。通过选择合适的光子晶体,荧光强度可以被光子晶体的慢光子效应显著增强。通过放大荧光强度,可提高检测的灵敏度。传感器在四氢呋喃气体中发生荧光淬灭,这是因为TPEP是一种聚集诱导发光物质,在溶液体系中不发光或微弱发光,而在聚集态时会发射强光。当将传感器放置在四氢呋喃气氛中2min后,即可快速观察到荧光淬灭现象,这是由于反蛋白石光子晶体相互连接的大孔结构以及大的比表面积有利于四氢呋喃气体在孔中的快速扩散及在孔壁的冷凝,TPEP溶于四氢呋喃,发生荧光淬灭。所制传感器灵敏度高,检测限为2 ppm。不同气体中的测试证明该传感器具有良好的选择性。此外,所制传感器置于空气中可发生脱附,四氢呋喃挥发,TPEP又从溶液态转变为聚集态,荧光恢复,这意味着所制传感器可重复使用。因此,TPEP填充的光子晶体传感器可用来高灵敏、高选择性、快速并且可逆的检测四氢呋喃。2.以4-氨基-3-戊烯-2-酮(Fluoral-p)填充的SiO_2反蛋白石光子晶体,制备了快速响应、高灵敏、选择性优异并且可循环利用的检测甲醛气体的荧光薄膜传感器。所制传感器结合了反蛋白石光子晶体相互连通的大孔结构、高比表面积、能够增强荧光的慢光子效应以及Fluoral-p与甲醛选择性反应生成荧光产物的性质。暴露在甲醛气体中20 s,可以明显观察到产生的荧光,其强度明显增强。对于甲醛检测,最佳传感器产生的荧光增强相对于对照样达到76.3倍。所制传感器最低检测限为0.008mg/m3且具有优异的选择性。另外,通过乙醇洗涤,然后再次填充Fluoral-p,传感器可以很容易的回收再利用。因此,所设计的Fluoral-p填充的反蛋白石光子晶体可作为高效检测甲醛气体的荧光传感器,这为提高响应速率和检测灵敏度提供了一种很有前景的方法。通过选择合适的反蛋白石光子晶体和功能分子,使这种方法在其他气体的检测方面也具有潜在的应用。3.制备了2,2':5',2''-三联噻吩(3T-CHO)修饰的SiO_2反蛋白石光子晶体荧光传感器用于甲醛气体检测。紫外光照射3T-CHO修饰的反蛋白石光子晶体,然后暴露于甲醛蒸气中,20 s后即可在458 nm处观察到荧光,且荧光强度随着暴露时间的延长而增加,1800 s后荧光达到最大。荧光来自于甲醛分子与3T-CHO在紫外光作用下产生的光氧化产物形成物理复合物。结果表明该光子晶体薄膜在经紫外光辐照后可用于快速检测甲醛。所制反蛋白石光子晶体的大孔结构有利于甲醛蒸气的扩散,其大的比表面积会提供更多的反应位点。此外,光子晶体的慢光子效应可以增强荧光。以上因素均有利于甲醛气体的高效检测。对照实验表明该响应是选择性的,且所制传感器置于空气中后甲醛挥发,薄膜的荧光又发生淬灭,表明该薄膜可重复使用。因此,所设计的3T-CHO修饰的反蛋白光子晶体可作为荧光传感薄膜用于甲醛气体的检测,为开发光子晶体气体传感器提供了新的思路。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：延安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O657.3;TP212

【参考文献】