新型荧光铜纳米颗粒的制备及其在环境分析中的应用

发布时间：2018-10-09 07:26

【摘要】：随着经济社会的不断进步,环境中出现了大量有毒有害的污染物,如重金属、持久性有机污染物等。因此分析和检测环境中污染物质的种类、成分、含量以及化学形态等已成为环境分析化学的重要研究内容。传统的检测手段主要有色谱法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法、生物芯片技术、电化学方法以及免疫学方法等。但是这些传统的方法存在检测过程繁琐、耗时长、花费高等缺点,很难实现有效、快速的分析检测,且环境中的分析检测对象往往是微量、痕量的离子和分子,还具有空间性和时间性,因此对分析方法的要求越来越高。而荧光分析法以其灵敏度高、选择性好、操作简便等优势近年来在环境分析领域得以迅速发展。本文构建了不同类型的铜纳米颗粒(CuNPs)荧光传感器,并以用于对环境和人类健康有重大影响的Hg~(2+)、Fe~(3+)和苦味酸(PA)的灵敏检测为目标做了初步的研究与探索。主要包括以下三方面的内容:(1)以D-青霉胺(DPA)为模板,抗坏血酸为还原剂合成的DPA-CuNPs作为荧光探针灵敏地检测Hg~(2+)。CuNPs的制备实验是在避光条件下进行的,且可能由于金属铜和DPA上的巯基配体之间的电荷转移,合成的DPA-CuNPs是聚集态的,发射红色的荧光。Hg~(2+)加入到DPA-CuNPs溶液中时,嗜金属性的Hg~(2+)与DPA-CuNPs上的Cu易发生结合生成复合物,从而破坏DPA上的巯基与Cu的结合力,导致聚集态的DPA-CuNPs发生分散,从而致使荧光猝灭,基于此现象,实现对Hg~(2+)的检测。同时也对实验体系的合成比例、反应时间和pH值等实验参数进行了优化,在最优条件下,考察DPA-CuNPs对Hg~(2+)浓度的线性响应以及方法的选择性,该方法对Hg~(2+)浓度的检测限为32 nM。据此,构建了测定Hg~(2+)的新方法并用于实际水样品中Hg~(2+)含量的检测,并获得令人满意的结果。(2)利用简单的一锅法,以L-组氨酸(L-His)为模板,抗坏血酸为还原剂合成的L-His-CuNPs为荧光探针实现高效、灵敏地检测Fe~(3+)。作为一个带有空d轨道的顺磁性过渡金属离子,Fe~(3+)能够通过能量或电子转移淬灭邻近荧光团的荧光。而且,Fe~(3+)具有较高的热力学亲和力,能快速螯合胺基上的氮原子,拉近了邻近的L-His-CuNPs的距离,从而分散性较好的L-His-CuNPs会发生团聚,造成荧光猝灭,由此构建了检测Fe~(3+)的新方法,并实现对自然水样中Fe~(3+)的分析测定。此外,将具有强螯合性的EDTA溶液加入到L-His-CuNPs与Fe~(3+)的混合溶液中后,发生了荧光恢复现象。由此推断,Fe~(3+)和L-His-CuNPs之间的相互作用比较弱,EDTA通过与Fe~(3+)竞争打破了Fe~(3+)与L-His分子中氨基上的氮原子的结合力,从而荧光得以恢复。同时也对实验体系的合成比例、反应时间和pH值等相关参数进行了优化,在最优条件下,考察L-His-CuNPs对Fe~(3+)浓度的线性响应以及方法的选择性,该方法对Fe~(3+)浓度的检测限为82 nM。据此,建立了测定Fe~(3+)的新体系并用于实际水样品中Fe~(3+)含量的检测,得到了较好的结果。(3)通过刻蚀法制备荧光CuNPs实现PA的创新检测。首先以柠檬酸三钠作为模板,硼氢化钠作为还原剂,合成无荧光的尺寸较大的铜纳米晶。然后利用谷胱甘肽(GSH)将铜纳米晶刻蚀后制得发射蓝色荧光的尺寸较小的水溶性CuNPs。制得的CuNPs在水介质中具有良好的稳定性,且展现出较广的pH范围的响应能力,其荧光强度会随着pH的升高而明显增强。此外,可能是由于PA和CuNPs之间的内滤效应,合成的CuNPs的荧光能被PA有效猝灭,而其它结构类似的化合物和硝基爆炸物几乎不能猝灭CuNPs的荧光。因此,所制备的CuNPs荧光探针能在水溶液中实现PA的特异性和灵敏检测,该方法对PA浓度的检测限为65 nM。据此,发展了测定PA的新方法并用于实际水样品中PA含量的检测,得到了满意的结果。
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【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O657.3;TP212;X830

【参考文献】