钛酸盐纳米管电化学发光传感器的制备及其应用研究

论文摘要

电化学发光（electrochemiluminescence, ECL）,又称为电致化学发光,是指通过施加一定的电压进行电化学反应,在电极表面产生一些电生的物质,然后这些物质之间或电生物质与体系中的某些组分之间通过电子传递形成激发态,由激发态返回到基态而产生的一种发光现象。电化学发光物质三吡啶钌（Ru（bpy）32+）由于性能优越,如何将其有效的固定在电极表面是研究的一个热点。目前,基于Ru（bpy）32+的各种电化学发光传感器,主要集中在免疫分析、PCR分析、DNA单分子检测、药物分析等领域。钛酸盐纳米管作为载体的电化学传感器的研制还比较少,电化学发光传感器用于环境方面的应用研究还比较缺乏,因此加强这方面的工作十分必要。本论文结合近年来关于钛酸盐的研究成果,开展了钛酸盐纳米管及其Ru（bpy）32+复合材料的合成,利用合成的功能材料制备了电化学传感器,获得了一些创新性研究成果。本文采用水热法制备了二氧化钛纳米管（TNTs）,其管径小、管壁薄、比表面积大、因此拥有很多优良的性能。在此基础上,我们进一步合成了Ru（bpy）32+-TNTs的纳米复合材料,并用透射电镜（TEM）、紫外可见光谱（UV-vis）、XPS等进行了表征。将合成的复合材料分散到Nafion溶液中,采用滴涂法修饰到电极上制备成电化学传感器,并对传感器的电化学性能运用循环伏安法进行了研究,同时利用电化学发光检测装置记录了光电信号。并与传统的层层自组装法制备的传感器进行了比较。结果表明分散在Nafion中的纳米复合体的滴涂法能更为有效的固定电化学发光物质Ru（bpy）32+,传感器对三丙胺（TPA）的检测结果也证明了该传感器的稳定性。最后,我们将该传感器用于环境分析领域,探讨了利用电化学发光法测定铅离子的原理与方法,为今后更为广泛的应用研究打下了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 电化学发光的原理和类型
• 1.1.1 化学发光的基本类型
• 1.1.2 化学发光反应的基本条件
• 1.1.3 电致化学发光的基本反应原理
• 1.1.4 电化学发光分析的特点
• 3²⁺固定化技术及应用'>1.2 Ru（bpy）₃²⁺固定化技术及应用
• 1.2.1 LB（Langmuir-Blodgett）膜法
• 1.2.2 分子自组装膜（Self-Assembly, SA）法
• 1.2.3 Nafion 膜法
• 1.2.4 溶胶-凝胶法
• 3²⁺'>1.2.5 巯基功能化的电极表面固定Ru（bpy）₃²⁺
• 1.2.6 其他方法
• 3²⁺电化学发光技术的应用'>1.3 Ru（bpy）₃²⁺电化学发光技术的应用
• 1.3.1 有机胺的测定
• 1.3.2 金属离子的测定
• 1.3.3 无机阴离子的测定
• 3²⁺电化学发光免疫分析'>1.3.4 Ru（bpy）₃²⁺电化学发光免疫分析
• 3²⁺电化学发光传感器'>1.3.5 Ru（bpy）₃²⁺电化学发光传感器
• 3²⁺的载体'>1.4 纳米材料作为Ru（bpy）₃²⁺的载体
• 3²⁺的电化学发光展望'>1.5 Ru（bpy）₃²⁺的电化学发光展望
• 1.5.1 开发合成新型高效的电化学发光物质
• 1.5.2 进一步开展机理的研究
• 1.5.3 固定化及传感器的制作
• 1.5.4 与其他技术的联用
• 1.5.5 微型化，智能化
• 1.5.6 成像技术及其他方面
• 1.6 本论文的研究意义及研究内容
• 3²⁺/钛酸盐纳米管纳米复合物的合成与表征'>第二章 Ru（bpy）₃²⁺/钛酸盐纳米管纳米复合物的合成与表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 主要仪器
• 2.2.3 TNTs的制备
• 3²⁺-TNPs和Ru（bpy）₃²⁺-TNTs的合成'>2.2.4 纳米复合体Ru（bpy）₃²⁺-TNPs和Ru（bpy）₃²⁺-TNTs的合成
• 2.2.5 预实验
• 2.2.6 正式实验
• 2.2.7 Uv-vis 分析
• 2.2.8 XPS 分析
• 2.2.9 TEM 表征
• 2.3 本章小结
• 第三章 ECL 传感器的制作及性能的电化学研究
• 3.1 前言
• 3.2 主要试剂与药品
• 3.3 主要仪器及原理
• 3.3.1 暗箱的内部装置
• 3.3.2 光电倍增管
• 3.3.3 电化学发光分析仪
• 3.3.4 分析仪内部电路
• 3.3.5 电化学发光测试系统
• 3.4 电极的预处理
• 3.5 修饰电极电化学反应条件的优化
• 3.6 层层自主组装法传感器的制作
• 3.6.1 传感器性能的电化学表征
• 3.7 纳米材料复合体直接滴涂法制作传感器
• 3.7.1 传感器性能的电化学表征
• 3.8 本章小结
• 第四章 ECL传感器对水中铅离子的测定研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器与试剂
• 4.2.2 电化学传感器的制备
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 修饰电极的电化学行为
• 3²⁺的电化学发光行为'>4.3.2 EDTA和修饰电极上Ru（bpy）₃²⁺的电化学发光行为
• 4.3.3 电解质溶液与pH对发光强度的影响
• 4.3.4 ECL传感器的稳定性研究
• 3²⁺发光体系对铅离子的检测研究'>4.3.5 利用EDTA与Ru（bpy）₃²⁺发光体系对铅离子的检测研究
• 4.4 本章小结
• 结论
• 研究特色与创新
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢