基于纳米材料的有机污染物快速测定技术研究

论文摘要

现代工农业的快速发展使得环境污染问题日益严重,尤其是有机物污染现状令人担忧。一方面有机物种类和数量不断增多,一些持久性有机污染物长期以来得不到有效的治理;更重要的是,现有有机物分析方法主要是建立在气/液相色谱等大型仪器基础上的,它们具有广泛的适用性、分析结果准确可靠,但因成本高、仪器笨重和耗时等缺点不能满足大批量样品现场快速分析的要求。因此,发展有机污染物的快速筛查技术具有十分重要的意义。本论文选取三硝基甲苯（TNT）、五氯苯酚（PCP）和多环芳烃（PAHs）三种典型有机污染物为研究对象,以量子点和TiO2纳米管为传感材料,利用目标物或中间产物对材料信号的淬灭或增敏作用开发设计了一系列传感器,为纳米材料在分析传感中的应用提供了新思路。具体研究内容如下:（1）基于L-半胱氨酸修饰的CdTe量子点荧光淬灭法测定TNT:采用水热法合成了L-半胱氨酸修饰的CdTe量子点,L-半胱氨酸是一种富电子化合物,能与TNT这种缺电子物质结合形成迈森海姆复合物,使得TNT分子靠近量子点表面并吸收量子点的电子,导致量子点荧光的淬灭。结果表明,TNT浓度与量子点荧光淬灭率存在线性关系,线性范围为1.1×10-94.4×10-6 M,检测下限达到了1.1 nM,低于水源水中TNT的最高容许浓度0.5 mg/L （2.2μM）。文中探讨了量子点稀释倍数、溶液pH值和反应时间对检测效果的影响。干扰实验和实际样品分析结果表明该方法的选择性很好,并且能够用于土壤样品中TNT含量的测定。（2）利用CdTe/TiO2NTs/Ti复合电极进行五氯苯酚的直接电化学发光法测定:采用阳极氧化法制备高度有序的TiO2纳米管阵列（TiO2NTs）,通过在纳米管阵列上吸附CdTe量子点制备了CdTe/TiO2NTs/Ti复合电极,该电极在共反应剂S2O82-存在下具有稳定的电化学发光（ECL）信号,五氯苯酚能使ECL信号增强。结果表明,该方法检测五氯苯酚的线性范围为4.0×10-113.0×10-7 M,线性相关系数为0.9995,最低检测限为5 pM。文中提出了五氯苯酚增强ECL信号的原理,并设计了一些实验对其进行验证。（3）开发了多环芳烃的竞争型免疫光电流传感器:将多环芳烃抗体化学键合在TiO2纳米管上,用来接受两种竞争型抗原—双功能金纳米粒子（BGNPs）和多环芳烃,BGNPs的结合使TiO2纳米管的光电流增强,而多环芳烃的竞争性结合则抑制这种增强趋势。以苯并芘为多环芳烃的代表分析物,发现TiO2纳米管的光电流随苯并芘浓度的增加而减小,检测线性范围为1.05×10-123.15×10-9 M,线性相关系数为0.9956,检测下限为1.05 pM,低于美国环境保护署规定的饮用水中苯并芘的最高允许含量（15.1 pM）。文中探讨了免疫反应温度和反应时间对检测结果的影响,用干扰实验和回收实验分析了方法的选择性和准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 环境中有机物污染概述
• 1.1.1 国内外有机物污染现状
• 1.1.2 有机污染物种类、来源和危害
• 1.2 有机污染物控制技术研究进展
• 1.2.1 POPs 和国际公约
• 1.2.2 有机污染物分析检测方法研究
• 1.2.3 有机污染物治理技术
• 1.3 纳米材料在环保领域中的应用
• 1.3.1 纳米材料概述
• 1.3.2 纳米材料在环保领域中的应用
• 1.3.3 半导体量子点的研究及其应用
• 2 纳米管的研究及应用'>1.3.4 TiO₂纳米管的研究及应用
• 1.4 论文构思
• 第2章 半胱氨酸-CdTe 量子点荧光淬灭法测定三硝基甲苯
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 CdTe 量子点制备
• 2.2.3 TNT 的检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 CdTe 量子点的表征
• 2.3.2 TNT 检测原理
• 2.3.3 TNT 检测条件优化
• 2.3.4 检测灵敏度和选择性分析
• 2.4 小结
• 2 NTs/Ti 复合电极用于五氯苯酚的直接电化学发光法检测'>第3章 CdTe/TiO₂ NTs/Ti 复合电极用于五氯苯酚的直接电化学发光法检测
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 CdTe 量子点的合成
• 2 NTs/Ti 电极的制备'>3.2.3 CdTe/TiO₂ NTs/Ti 电极的制备
• 3.2.4 电极性能测试
• 3.2.5 PCP 的检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 材料表征
• 3.3.2 复合电极电化学发光性能
• 3.3.3 响应机理
• 3.3.4 PCP 的检测
• 3.3.5 方法的选择性和实用性分析
• 3.4 小结
• 第4章 一种新型的多环芳烃光电流免疫传感器
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 BSA-PAH 完全抗原的合成
• 4.2.3 双功能金纳米的制备与表征
• 4.2.4 光电流免疫传感器的构建
• 4.2.5 光电化学测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 材料的表征
• 4.3.2 PAHs 检测原理
• 4.3.3 不同电极的光电化学行为
• 4.3.4 检测条件的优化
• 4.3.5 PAH 的测定
• 4.3.6 方法实用性分析
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢