用于氟离子检测的荧光传感器的制备及表征

论文摘要

氟是地壳中重要的非金属元素之一，广泛地存在自然水、土壤、动植物中。由于氟离子是骨骼和牙齿不可缺少的成分，可以预防龋齿和骨质疏松，同时氟离子也会导致氟骨症等疾病，所以氟离子的检测在近几十年来受到极大的关注。化学荧光传感器和荧光探针以其优异的化学和生物作用性能而备受重视。然而，直到现在，仅有少数的比率计量的氟离子荧光探针被报道，而且还存在着诸如灵敏度低，便捷性差，水溶性不好等缺点。本文结合ATRP和静电纺丝技术制备性能优异的氟离子检测荧光膜传感器。本文首先以4-氯-7-硝基-2,1,3-苯并噁唑（NBD-Cl）为原料，合成了荧光单体4-（2-丙烯酰胺乙基酯）-7-硝基-2,1,3-苯并噁唑（NBDAE），然后以2-溴异丁酸乙酯（t-EBiB）为引发剂，CuBr/bpy （2,2’-联吡啶）为催化剂，采用原子转移自由基聚合（ATRP），分别与甲基丙烯酸低聚乙二醇酯（OEGMA）和N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）单体共聚，得到水溶性无规共聚物P（OEGMA-co-NBDAE）和P（NIPAM-co-NBDAE）。然后以聚乙烯醇（PVA）为载体，通过静电纺丝技术制备具有荧光性能的、可用于微量F离子含量检测的纳米纤维膜。对产物进行1H NMR, GPC, UV-Vis, SEM及FL等相关表征。结果表明：成功制备了两种结构规整的荧光水溶性共聚物及相应的与PVA共纺的电纺纤维膜，并研究了氟离子对该两种电纺纤维膜的荧光淬灭现象。随F离子浓度的增加，荧光强度则不断降低，对低浓度的F离子具有很高的灵敏度，当荧光膜上滴加氟离子浓度增至100μL/cm2时，荧光纤维膜的荧光强度仅为初始（未加氟离子）强度的0.2倍左右，具有明显的荧光淬灭现象。这种选择性离子荧光淬灭现象为制备荧光传感器提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 氟离子的检测方法
• 1.2.1 氟离子选择电极法
• 1.2.2 离子色谱法
• 1.2.3 比色法
• 1.2.4 荧光传感器法
• 1.3 原子转移自由基聚合（ATRP）
• 1.3.1 ATRP 聚合机理
• 1.3.2 ATRP 的聚合体系
• 1.4 静电纺丝简介
• 1.4.1 静电纺丝原理
• 1.4.2 静电纺丝的喷头装置
• 1.4.3 静电纺丝的接收装置
• 1.4.4 静电纺丝的影响因素
• 1.4.5 静电纺丝的应用
• 1.5 本文研究的内容和意义
• 第二章 水溶性荧光共聚物制备及表征
• 2.1 实验原料与仪器
• 2.1.1 实验主要仪器
• 2.1.2 实验主要原料与试剂
• 2.2 实验步骤
• 2.2.1 荧光单体 NBDAE 的合成
• 2.2.2 实验原理图
• 2.2.3 荧光性聚合物 P （NIPAM-co-NBDAE）的制备
• 2.2.4 荧光性聚合物 P （OEGMA-co-NBDAE） 的制备
• 2.3 测试及表征方法
• 2.3.1 凝胶渗透色谱（GPC）
• 2.3.2 核磁共振波谱（1HNMR）
• 2.3.3 紫外吸收光谱（UV-Vis）
• 2.3.4 傅里叶变换-红外光谱（FT-IR）
• 2.3.5 荧光光谱分析（FL）
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 GPC 谱图分析
• 2.4.2 1HNMR 谱图分析
• 2.4.3 UV-Vis 谱图分析
• 2.4.5 荧光共聚物的荧光性能分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于纳米纤维毡的荧光探针的制备及表征
• 3.1 实验原料与仪器
• 3.1.1 实验主要仪器
• 3.1.2 实验主要原料与试剂
• 3.2 实验步骤
• 3.2.1 PVA 溶液的配制
• 3.2.2 电纺溶液的制备
• 3.2.3 电纺过程
• 3.3 测试及表征方法
• 3.3.1 热重分析（TG）
• 3.3.2 傅里叶变换-红外光谱（FT-IR）
• 3.3.3 扫描电子显微镜（SEM）
• 3.3.4 荧光光谱分析（FL）
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 TG 谱图分析
• 3.4.2 FT-IR 谱图分析
• 3.4.3 SEM 图分析
• 3.4.4 电纺膜的谱图分析
• 3.4.5 氟离子对 PVA+P（NIPAM-co-NBDAE）与 PVA+P（OEGMA-co-NBDAE）共纺荧光纤维膜的荧光淬灭性能对比
• 3.4.6 紫外灯下的纳米纤维膜的实物照片分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文