纳米通道分离双酚A等环境小分子污染物的研究

论文摘要

纳米通道是指孔径在0.1～100nm范围内的孔或管道结构，具有比表面积大、尺寸可控以及管道易功能化修饰等优点，在生物物质分离、生物医学、有机小分子、手性物质等化合物的分离中起着至关重要的作用。某些有机小分子如食品染料罗丹明B和二苯胺等有致癌、致畸等风险，它们严重危害着人类的健康。环境雌激素（EDCs）双酚A、邻苯二甲酸二丁酯，其分子结构与人体内正常雌激素分子结构非常相似，当它们进入人体后，干扰人体生殖、发育等生理活动。目前，环境中此类物质的测定方法主要有GC-MS法、HPLC法、LC-MS、SFC等。尽管这些方法具有较好的灵敏度，但它们复杂、费时，且仪器不易携带，在连续监测及现场测定中受到限制。相对于传统的分离方法，发展灵敏、便捷、高分离度的分离技术具有重要意义。本文研究了金纳米通道的制备、应用纳米通道技术分离污染物有机小分子、环境雌激素，以及对L-半胱氨酸在金纳米通道吸附特性进行了电化学表征。研究内容主要包括以下几个部分：（1）以聚碳酸酯膜为模板，应用化学沉积法，成功制备了金纳米通道。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）对纳米通道进行表征。利用金-硫共价键分别将不同碳链长度的十八烷基硫醇、十二烷基硫醇、1-庚硫醇分别修饰在金纳米通道内，得到疏水性各异的纳米通道，根据罗丹明B和二苯胺的亲疏水性不同，在纳米通道的迁移速率不同，实现二者的分离。结果表明，在十八烷基硫醇修饰的金膜中可以完全分离罗丹明B和二苯胺。而十二烷基硫醇、1-庚硫醇修饰的金膜对两种物质的分离度分别为36.63和1.691。（2）L-半胱氨酸具有独特的化学结构，可通过巯基吸附自组装在金纳米通道的内壁上，常常被用作纳米通道的修饰，但其在纳米通道的吸附特性却鲜见报道。将修饰L-半胱氨酸的金纳米通道用O-形套固定在玻碳电极表面后，以该电极作为工作电极，采用三电极体系，实验发现，体系的交流阻抗发生变化，且体系的交流阻抗随着L-半胱氨酸的吸附量增加而降低。实验得到L-半胱氨酸在金纳米通道吸附达到饱和的时间及浓度，并考察了吸附时间对物质透过量的影响，为表征金纳米通道内壁修饰物提供一种新的手段。（3）金纳米通道内壁修饰L-半胱氨酸，控制溶液的pH值，在低的pH值下L-半胱氨酸质子化而带正电，而在此环境下环境雌激素BPA和DBP所带电荷不同，两者在此纳米通道内迁移有差异，实现纳米通道用于两种环境雌激素污染物的分离，两者的分离度从1.494提高到2.466。在研究中利用金纳米通道的特殊性质，结合常规检测手段，探索了纳米通道技术在环境雌激素、有机小分子污染物的分离检测方面的应用并取得了一定的结果。通过这些研究，丰富了纳米通道技术，同时也为环境中的污染物分离检测提供了新的思想及方法。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生物性纳米通道的研究进展
• 1.2 材料性纳米通道
• 1.2.1 材料性纳米通道的种类
• 1.2.1.1 无机物纳米通道
• 1.2.1.2 聚合物纳米通道
• 1.2.2 材料性纳米通道的应用
• 1.2.2.1 用于物质的分离
• 1.2.2.2 纳米通道用于分析传感
• 1.3 本文构思
• 第二章 疏水性纳米通道分离 DPA 和 RhB
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.2 DPA 和 RhB 溶液的配制
• 2.2.3 试验方法
• 2.2.3.1 金纳米通道的制备与修饰
• 2.2.4 分离装置
• 2.2.5 实验原理
• 2.2.5.1 金纳米通道制备机理
• 2.2.5.2 分离原理
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 金纳米通道的表征
• 2.3.2 修饰纳米通道亲疏水性的表征
• 2.3.3 离子强度对 DPA 和 RhB 在疏水性纳米通道中分离的影响
• 2.3.4 疏水性膜重现性考察
• 2.3.5 不同孔径纳米通道对 DPA 和 RhB 迁移的影响
• 12、C₁₈修饰的金纳米通道'>2.3.6 单组份 RhB 和 DPA 透过金纳米通道和 C₁₂、C₁₈修饰的金纳米通道
• 12、Au-C₁₈纳米通道的分离特性'>2.3.7 DPA 和 RhB 混合物在 Au、Au-C₁₂、Au-C₁₈纳米通道的分离特性
• 2.4 本章小结
• 第三章 L-半胱氨酸对金纳米通道吸附特性的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器和试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.2.1 金纳米通道的制备与修饰
• 3.2.2.2 电化学交流阻抗的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 金纳米通道阵列的表征
• 3.3.2 交流阻抗的测试原理
• 3.3.3 L-半胱氨酸在裸聚碳酸酯膜的吸附特性
• 3.3.4 L-半胱氨酸在金纳米通道上吸附特性
• 3.3.5 温度对 L-半胱氨酸吸附量的影响
• 3.3.6 pH 值对 L-半胱氨酸吸附量的影响
• 3.3.7 L-半胱氨酸在金纳米通道吸附时间对 DBP 透过量的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 应用金纳米通道分离环境雌激素 BPA 和 DBP
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器和试剂
• 4.2.2 DBP 和 BPA 溶液的配制
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.3.1 金纳米通道的制备与修饰
• 4.2.3.2 分离装置及原理
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 雌激素 DBP 与 BPA 的的荧光激发与发射光谱的表征
• 4.3.2 流通池对荧光强度的影响
• 4.3.3 雌激素 DBP 与 BPA 工作曲线的测定
• 4.3.4 金膜的表征与 Zeta 电位
• 4.3.5 DBP、BPA 在纳米通道中迁移
• 4.3.6 pH 值与离子强度对 DBP 与 BPA 在纳米通道中迁移的影响
• 4.3.7 外加电场对 DBP 与 BPA 在纳米通道中迁移的影响
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士阶段主要研究成果