基于功能化金属—介孔材料构建的汞离子荧光化学传感器

发布时间：2017-06-11 10:00

  本文关键词：基于功能化金属—介孔材料构建的汞离子荧光化学传感器，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Hg2+严重污染人类生活环境、危害人类身体健康,科研工作者们正在致力于发展一种灵敏度高、选择性强、试样量少和方法简便的检测分析Hg2+的手段。本文基于金属表面增强荧光原理,制备了几种荧光化学传感器,用于水中Hg2+的检测识别。采用原位一步法合成了金属-介孔材料Ag-HMS-s,用罗丹明B酰胺探针R对其进行功能化修饰,制备出一种能够高灵敏度和高选择性地检测识别水中Hg2+的荧光比色双信号荧光化学传感器s-HMS-Ag-R。该传感器对环境中Hg2+具有响应快、灵敏度高、选择性好的特点。通过荧光光谱和紫外-可见光谱考察s-HMS-Ag-R对水中Hg2+的信号响应,结果表明,在低浓度Hg2+范围内,s-HMS-Ag-R的荧光强度与Hg2+浓度呈现出良好的线性关系,通过计算得到检测下限为0.7 ppb。随着Hg2+浓度的增加,s-HMS-Ag-R的悬浮液由无色变成粉色并逐渐加深,达到肉眼识别Hg2+的目的。更重要的是,该传感器经过TPAOH简单的化学处理再生,可以重复使用。采用简单的浸渍-还原法制备出金属-介孔材料Ag-HMS-r和Au-HMS-r,并用罗丹明B酰胺探针R对Ag和Au纳米颗粒进行功能化修饰,制备出两种荧光化学传感器r-HMS-Ag-R和r-HMS-Au-R。通过荧光增强因子考察Ag和Au纳米颗粒的金属增强荧光效果。结果表明,较佳的金属含量均为2 wt%,此条件下,Ag和Au纳米颗粒对探针R的荧光增强因子分别为4.7和3.3,Ag纳米颗粒的金属增强荧光效果更强。另外,通过局域表面等离子共振光谱和荧光衰减寿命等手段验证了Ag和Au纳米颗粒的金属增强荧光机理：在上述荧光化学传感器中发生了从探针R到Ag或Au纳米颗粒的能量转移,从而降低了探针R的激发态能量：同时,Ag和Au纳米颗粒既增加了探针R的辐射衰减速率,又提高了荧光量子产率,因此Ag和Au纳米颗粒对探针R产生了金属增强荧光效应。为了提高化学传感器对Hg2+的选择性,根据汞亲硫的特性,用巯基丙酸对罗丹明B酰胺探针R进一步修饰改性,合成出一种新的罗丹明B巯基衍生物探针R-2SH。与改性前探针R相比,R-2SH对Hg2+的络合常数是探针R的5倍。采用后嫁接法用探针R-2SH对金属-介孔材料Ag-HMS-r进行修饰,制得一种新的荧光化学传感器r-HMS-Ag-R-2SH,通过荧光光谱和紫外-可见光谱考察其对水中Hg2+的信号响应,结果表明,在水-甲醇(9：1)体系中r-HMS-Ag-R-2SH对Hg2+具有良好的信号响应,而且对三价金属离子(Al3+Cr3+, Fe3+)的抗干扰能力明显提高。r-HMS-Ag-R-2SH还可以对雨水中Hg2+进行检测,并且满足肉眼识别Hg2+的目的,更重要的是经过Na2S溶液简单处理可以实现循环再生。
【关键词】：汞离子 荧光化学传感器 金属增强荧光效应 罗丹明B 金属-介孔材料
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O657.3;TP212.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 图目录12-16
• 表目录16-17
• 主要符号表17-18
• 1 绪论18-49
• 1.1 汞离子污染及其检测18-21
• 1.1.1 汞污染的来源和危害18-19
• 1.1.2 汞的检测技术进展19-21
• 1.2 化学传感器21-34
• 1.2.1 罗丹明类荧光探针23-26
• 1.2.2 荧光化学传感器26-34
• 1.3 金/银纳米颗粒在金属离子检测方面的应用34-42
• 1.3.1 基于金纳米颗粒的金属离子探针35-39
• 1.3.2 基于银纳米颗粒的金属离子探针39-42
• 1.4 金属表面增强荧光效应42-45
• 1.5 荧光增强型化学传感器的发展45-48
• 1.6 本文主要研究思路与内容48-49
• 2 实验部分49-56
• 2.1 实验试剂49-50
• 2.2 实验设备50-51
• 2.3 材料样品的制备51
• 2.4 表征方法51-52
• 2.5 分析方法52-56
• 3 基于Ag-HMS-s构建的银荧光增强型汞离子化学传感器56-78
• 3.1 引言56-57
• 3.2 荧光化学传感器的制备57-60
• 3.2.1 金属-介孔材料Ag-HMS-s的制备57-58
• 3.2.2 罗丹明B酰胺探针R的合成58
• 3.2.3 荧光化学传感器s-HMS-Ag-R的合成58-60
• 3.3 结果与讨论60-77
• 3.3.1 金属-介孔材料Ag-HMS-s以及化学传感器s-HMS-Ag-R的表征60-67
• 3.3.2 罗丹明B酰胺探针R和荧光化学传感器s-HMS-Ag-R的荧光特性67-72
• 3.3.3 Hg~(2+)对荧光化学传感器s-HMS-Ag-R荧光光谱和紫外-吸收可见光谱的影响72-75
• 3.3.4 荧光化学传感器s-HMS-Ag-R对真实水样中Hg~(2+)的检测性能75-77
• 3.4 小结77-78
• 4 金/银纳米颗粒对罗丹明B酰胺探针R的金属增强荧光效应78-97
• 4.1 引言78-79
• 4.2 荧光化学传感器的制备79-80
• 4.2.1 介孔分子筛HMS的合成79
• 4.2.2 金属-介孔材料Ag-HMS-r和Au-HMS-r的制备79
• 4.2.3 罗丹明B酰胺探针R的合成79
• 4.2.4 荧光化学传感器r-Ag-HMS-R和r-HMS-Au-R的制备79-80
• 4.3 结果与讨论80-96
• 4.3.1 金属-介孔材料以及荧光化学传感器的表征80-87
• 4.3.2 荧光化学传感器r-HMS-Ag-R和r-HMS-Au-R对Hg~(2+)的响应测试87-89
• 4.3.3 荧光化学传感器r-HMS-Ag-R和r-HMS-Au-R的金属增强荧光效应89-96
• 4.4 小结96-97
• 5 巯基改性的荧光化学传感器的设计、合成97-115
• 5.1 引言97
• 5.2 荧光化学传感器的制备97-99
• 5.2.1 金属-介孔材料Ag-HMS-r的制备97
• 5.2.2 罗丹明B巯基衍生物探针R-2SH的合成97-99
• 5.2.3 荧光化学传感器r-HMS-Ag-R-2SH的制备99
• 5.3 结果与讨论99-114
• 5.3.1 介孔材料以及荧光化学传感器的表征99-103
• 5.3.2 探针R-2SH和荧光化学传感器r-HMS-Ag-R-2SH对Hg~(2+)的识别性能103-108
• 5.3.3 荧光化学传感器r-HMS-Ag-R-2SH对Hg~(2+)的检测识别108-114
• 5.4 小结114-115
• 6 结论与展望115-117
• 6.1 结论115-116
• 6.2 创新点116
• 6.3 展望116-117
• 参考文献117-129
• 攻读博士学位期间科研项目及科研成果129-130
• 致谢130-131
• 作者简介131

  本文关键词：基于功能化金属—介孔材料构建的汞离子荧光化学传感器，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：441283